JP2002243918A - 可変焦点レンズ、光学特性可変光学素子及び光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】消費電力が小さく、音が静かで、応答時間が短
く、機械的構造が簡単でコストダウンに寄与する可変焦
点レンズ、可変形状鏡、可変プリズム等の光学特性可変
光学素子及びこれらの光学特性可変光学素子を含む光学
系を備えた光学装置を提供する。 【解決手段】可変焦点レンズ５０は、透明でやわらかい
基板２０２、複数の分割された透明電極５４、圧電材料
２００、分割されていない透明電極透明電極５９よりな
る変形膜と、レンズ状の透明基板５３とで流体５２をは
さむ構造となっている。圧電材料２００の両面には、複
数の分割された透明電極５４、分割されていない透明電
極５９が設けられており、電圧を加えることで、圧電材
料２００の圧電効果により圧電材料２００が変形し、可
変焦点レンズ５０の焦点距離が変わる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可変焦点レンズ、
可変焦点回折光学素子、可変偏角プリズム、可変焦点ミ
ラー等の光学特性可変光学素子、及びこれらの光学特性
可変光学素子を含む光学系を備えた、例えば眼鏡、ビデ
オプロジェクター、デジタルカメラ、テレビカメラ、内
視鏡、望遠鏡、カメラのファインダー等の光学装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
レンズは、ガラスを研磨して製造したレンズを用いてお
り、レンズ自体で焦点距離を変化させることができない
ため、例えば、カメラのピント合わせあるいはズーム、
変倍のためにレンズ群を光軸方向に移動させるために、
機械的構造が複雑になっている。そして、レンズ群の一
部を移動させるためにモーター、等を用いていたため、
消費電力が大きい、音がうるさい、応答時間が長く、レ
ンズの移動に時間がかかる等の欠点があった。また、ブ
レ防止を行なう場合でも、レンズをモータ、ソレノイド
等で機械的に移動させるため、消費電力が大きい、機械
的構造が複雑でコストアップにつながる、等の欠点があ
った。

【０００３】そこで、本発明はこれらの問題点に鑑み、
消費電力が小さく、音が静かで、応答時間が短く、機械
的構造が簡単でコストダウンに寄与する可変焦点レン
ズ、可変形状鏡、可変プリズム等の光学特性可変光学素
子及びこれらの光学特性可変光学素子を含む光学系を備
えた光学装置を提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による可変焦点レンズは、圧電材料を用いて
構成され、かつ、複数に分割された透明電極を有してい
る。

【０００５】また、本発明による光学特性可変光学素子
は、光学面近傍に配置された永久磁石またはコイルと、
光学面と一体化された透明な電流を流すことが可能な部
材とを有し、電磁力により面形状を変化させるように構
成されている。

【０００６】また、本発明による光学装置は、同一構成
でもって複数の光学装置に共通に用いることが可能な光
学特性可変光学素子を備えている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【０００８】本発明に適用可能な可変形状鏡、可変焦点
レンズの構成例について説明する。

【０００９】図１は本発明の光学装置の一実施例にかか
る、光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプ
ラー式ファインダーの概略構成図である。本実施例の構
成は、もちろん、銀塩フィルムカメラにも使うことがで
きる。まず、光学特性可変形状鏡４０９について説明す
る。

【００１０】光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコー
ティングされた薄膜（反射面）４０９ａと複数の電極４
０９ｂからなる光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形
状鏡と言う。）であり、４１１は各電極４０９ｂにそれ
ぞれ接続された複数の可変抵抗器、４１２は可変抵抗器
４１１と電源スイッチ４１３を介して薄膜４０９ａと電
極４０９ｂ間に接続された電源、４１４は複数の可変抵
抗器４１１の抵抗値を制御するための演算装置、４１
５，４１６及び４１７はそれぞれ演算装置４１４に接続
された温度センサー、湿度センサー及び距離センサー
で、これらは図示のように配設されて１つの光学装置を
構成している。

【００１１】なお、対物レンズ９０２、接眼レンズ９０
１、及び、プリズム４０４、二等辺直角プリズム４０
５、ミラー４０６及び可変形状鏡の各面は、平面でなく
てもよく、球面、回転対称非球面の他、光軸に対して偏
心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは、対称面
を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称
面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点又は線を有
する面等、いかなる形状をしていてもよく、さらに、反
射面でも屈折面でも光に何らかの影響を与え得る面なら
ばよい。以下、これらの面を総称して拡張曲面という。

【００１２】また、薄膜４０９ａは、例えば、P.Rai-ch
oudhury編、Handbook of Michrolithography, Michroma
chining and Michrofabrication, Volume 2:Michromach
ining and Michrofabrication,P495,Fig.8.58, SPIE PR
ESS刊やOptics Communication, 140巻（1997年）P187〜
190に記載されているメンブレインミラーのように、複
数の電極４０９ｂとの間に電圧が印加されると、静電気
力により薄膜４０９ａが変形してその面形状が変化する
ようになっており、これにより、観察者の視度に合わせ
たピント調整ができるだけでなく、さらに、レンズ９０
１，９０２及び／又はプリズム４０４、二等辺直角プリ
ズム４０５、ミラー４０６の温度や湿度変化による変形
や屈折率の変化、あるいは、レンズ枠の伸縮や変形及び
光学素子、枠等の部品の組立誤差による結像性能の低下
が抑制され、常に適正にピント調整並びにピント調整で
生じた収差の補正が行われ得る。なお、電極４０９ｂの
形は、例えば図３、４に示すように、薄膜４０９ａの変
形のさせ方に応じて選べばよい。

【００１３】本実施例によれば、物体からの光は、対物
レンズ９０２及びプリズム４０４の各入射面と射出面で
屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム４０
４を透過して、二等辺直角プリズム４０５でさらに反射
され（図１中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって
光線が進むことを示している。）、ミラー４０６で反射
され、接眼レンズ９０１を介して眼に入射するようにな
っている。このように、レンズ９０１，９０２、プリズ
ム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９によって、
本実施例の光学装置の観察光学系を構成しており、これ
らの各光学素子の面形状と肉厚を最適化することによ
り、物体面の収差を最小にすることができるようになっ
ている。

【００１４】すなわち、反射面としての薄膜４０９ａの
形状は、結像性能が最適になるように演算装置４１４か
らの信号により各可変抵抗器４１１の抵抗値を変化させ
ることにより制御される。すなわち、演算装置４１４
へ、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離
サンサー４１７から周囲温度及び湿度並びに物体までの
距離に応じた大きさの信号が入力され、演算装置４１４
は、これらの入力信号に基づき周囲の温度及び湿度条件
と物体までの距離による結像性能の低下を補償すべく、
薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０
９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１の抵抗値を決
定するための信号を出力する。このように、薄膜４０９
ａは電極４０９ｂに印加される電圧すなわち静電気力で
変形させられるため、その形状は状況により非球面を含
む様々な形状をとり、印加される電圧の極性を変えれば
凸面とすることもできる。なお、距離センサー４１７は
なくてもよく、その場合、固体撮像素子４０８からの像
の信号の高周波成分が略最大になるように、デジタルカ
メラの撮像レンズ４０３を動かし、その位置から逆に物
体距離を算出し、可変形状鏡を変形させて観察者の眼に
ピントが合うようにすればよい。

【００１５】また、薄膜４０９ａをポリイミド等の合成
樹脂で製作すれば、低電圧でも大きな変形が可能である
ので好都合である。なお、プリズム４０４と可変形状鏡
４０９を一体的に形成してユニット化することができ
る。

【００１６】また、図示を省略したが、可変形状鏡４０
９の基板上に固体撮像素子４０８をリソグラフィープロ
セスにより一体的に形成してもよい。

【００１７】また、レンズ９０１，９０２、プリズム４
０４，４０５、ミラー４０６は、プラスチックモールド
等で形成することにより任意の所望形状の曲面を用意に
形成することができ、製作も簡単である。なお、本実施
例の撮像装置では、レンズ９０１，９０２がプリズム４
０４から離れて形成されているが、レンズ９０１，９０
２を設けることなく収差を除去することができるように
プリズム４０４，４０５、ミラー４０６、可変形状鏡４
０９を設計すれば、プリズム４０４，４０５、可変形状
鏡４０９は１つの光学ブロックとなり、組立が容易とな
る。また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４
０５、ミラー４０６の一部あるいは全部をガラスで作製
してもよく、このように構成すれば、さらに精度の良い
撮像装置が得られる。

【００１８】なお、図１の例では、演算装置４１４、温
度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー
４１７を設け、温湿度変化、物体距離の変化等も可変形
状鏡４０９で補償するようにしたが、そうではなくても
よい。つまり、演算装置４１４、温度センサー４１５、
湿度センサー４１６、距離センサー４１７を省き、観察
者の視度変化のみを可変形状鏡４０９で補正するように
してもよい。

【００１９】図２は本発明にかかる可変形状鏡４０９の
他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の可変形
状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂとの間に圧電素子
４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に
設けられている。そして、圧電素子４０９ｃに加わる電
圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４
０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜４０９
ａの形状を変えることができるようになっている。電極
４０９ｂの形は、図３に示すように、同心分割であって
もよいし、図４に示すように、矩形分割であってもよ
く、その他、適宜の形のものを選択することができる。
図２中、４２４は演算装置４１４に接続された振れ（ブ
レ）センサーであって、例えばデジタルカメラの振れを
検知し、振れによる像の乱れを補償するように薄膜４０
９ａを変形させるべく、演算装置４１４及び可変抵抗器
４１１を介して電極４０９ｂに印加される電圧を変化さ
せる。このとき、温度センサー４１５、湿度センサー４
１６及び距離センサー４１７からの信号も同時に考慮さ
れ、ピント合わせ、温湿度補償等が行われる。この場
合、薄膜４０９ａには圧電素子４０９ｃの変形に伴う応
力が加わるので、薄膜４０９ａの厚さはある程度厚めに
作られて相応の強度を持たせるようにするのがよい。

【００２０】図５は本発明にかかる可変形状鏡４０９の
さらに他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の
可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂの間に介置
される圧電素子が逆方向の圧電特性を持つ材料で作られ
た２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ’で構成されて
いる点で、図２に示された実施例の可変形状鏡とは異な
る。すなわち、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’が強誘電
性結晶で作られているとすれば、結晶軸の向きが互いに
逆になるように配置される。この場合、圧電素子４０９
ｃと４０９ｃ’は電圧が印加されると逆方向に伸縮する
ので、薄膜４０９ａを変形させる力が図２に示した実施
例の場合よりも強くなり、結果的にミラー表面の形を大
きく変えることができるという利点がある。

【００２１】圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’に用いる材
料としては、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、
水晶、電気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン
酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等
の圧電物質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺ
ｒＯ₃とＰｂＴｉＯ₃の固溶体の圧電セラミックス、二フ
ッ化ポリビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記
以外の強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率
が小さく、低電圧でも大きな変形が可能であるので、好
ましい。なお、これらの圧電素子を利用する場合、厚さ
を不均一にすれば、上記実施例において薄膜４０９ａの
形状を適切に変形させることも可能である。

【００２２】また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’の材
質としては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエ
ラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共
重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレ
ンの共重合体等が用いられる。圧電性を有する有機材料
や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラスト
マー等を用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現でき
てよい。

【００２３】なお、図２、６の圧電素子４０９ｃに電歪
材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等
を用いる場合には、圧電素子４０９ｃを別の基板４０９
ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２を貼り合わせた構造にし
てもよい。

【００２４】図６は本発明にかかる可変形状鏡４０９の
さらに他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の
可変形状鏡は、圧電素子４０９ｃが薄膜４０９ａと電極
４０９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９
ｄ間に演算装置４１４により制御される駆動回路４２５
を介して電圧が印加されるようになっており、さらにこ
れとは別に、支持台４２３上に設けられた電極４０９ｂ
にも演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を
介して電圧が印加されるように構成されている。したが
って、本実施例では、薄膜４０９ａは電極４０９ｄとの
間に印加される電圧と電極４０９ｂに印加される電圧に
よる静電気力とにより二重に変形され得、上記実施例に
示した何れのものよりもより多くの変形パターンが可能
であり、かつ、応答性も速いという利点がある。

【００２５】そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の
電圧の符号を変えれば、可変形状鏡を凸面にも凹面にも
変形させることができる。その場合、大きな変形を圧電
効果で行ない、微細な形状変化を静電気力で行なっても
よい。また、凸面の変形には圧電効果を主に用い、凹面
の変形には静電気力を主に用いてもよい。なお、電極４
０９ｄは電極４０９ｂのように複数の電極から構成され
てもよい。この様子を図６に示した。なお、本願では、
圧電効果と電歪効果、電歪をすべてまとめて圧電効果と
述べている。従って、電歪材料も圧電材料に含むものと
する。

【００２６】図７は本発明にかかる可変形状鏡４０９の
さらに他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の
可変形状鏡は、電磁気力を利用して反射面の形状を変化
させ得るようにしたもので、支持台４２３の内部底面上
には永久磁石４２６が、頂面上には窒化シリコン又はポ
リイミド等からなる基板４０９ｅの周縁部が載置固定さ
れており、基板４０９ｅの表面にはアルミニウム等の金
属コートで作られた薄膜４０９ａが付設されていて、可
変形状鏡４０９を構成している。基板４０９ｅの下面に
は複数のコイル４２７が配設されており、これらのコイ
ル４２７はそれぞれ駆動回路４２８を介して演算装置４
１４に接続されている。したがって、各センサー４１
５，４１６，４１７，４２４からの信号によって演算装
置４１４において求められる光学系の変化に対応した演
算装置４１４からの出力信号により、各駆動回路４２８
から各コイル４２７にそれぞれ適当な電流が供給される
と、永久磁石４２６との間に働く電磁気力で各コイル４
２７は反発又は吸着され、基板４０９ｅ及び薄膜４０９
ａを変形させる。

【００２７】この場合、各コイル４２７はそれぞれ異な
る量の電流を流すようにすることもできる。また、コイ
ル４２７は１個でもよいし、永久磁石４２６を基板４０
９ｅに付設しコイル４２７を支持台４２３の内部底面側
に設けるようにしてもよい。また、コイル４２７はリソ
グラフィー等の手法で作るとよく、さらに、コイル４２
７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよ
い。

【００２８】この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、
図８に示すように、場所によって変化させることによ
り、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに所望の変形を与え
るようにすることもできる。また、コイル４２７は１個
でもよいし、また、これらのコイル４２７には強磁性体
よりなる鉄心を挿入してもよい。

【００２９】図９は本発明にかかる可変形状鏡４０９の
さらに他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の
可変形状鏡では、基板４０９ｅは鉄等の強磁性体で作ら
れており、反射膜としての薄膜４０９ａはアルミニウム
等からなっている。この場合、薄膜コイルを設けなくて
もすむから、構造が簡単で、製造コストを低減すること
ができる。また、電源スイッチ４１３を切換え兼電源開
閉用スイッチに置換すれば、コイル４２７に流れる電流
の方向を変えることができ、基板４０９ｅ及び薄膜４０
９ａの形状を自由に変えることができる。図１０は本実
施例におけるコイル４２７の配置を示し、図１１はコイ
ル４２７の他の配置例を示しているが、これらの配置
は、図７に示した実施例にも適用することができる。な
お、図１２は、図７に示した実施例において、コイル４
２７の配置を図１１に示したようにした場合に適する永
久磁石４２６の配置を示している。すなわち、図１２に
示すように、永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図
７に示した実施例に比べて、微妙な変形を基板４０９ｅ
及び薄膜４０９ａに与えることができる。また、このよ
うに電磁気力を用いて基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを
変形させる場合（図７及び図９の実施例）は、静電気力
を用いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点があ
る。

【００３０】以上いくつかの可変形状鏡の実施例を述べ
たが、ミラーの形を変形させるのに、図６の例に示すよ
うに、２種類以上の力を用いてもよい。つまり静電気
力、電磁力、圧電効果、磁歪、流体の圧力、電場、磁
場、温度変化、電磁波等のうちから２つ以上を同時に用
いて可変形状鏡を変形させてもよい。つまり２つ以上の
異なる駆動方法を用いて光学特性可変光学素子を作れ
ば、大きな変形と微細な変形とを同時に実現でき、精度
の良い鏡面が実現できる。

【００３１】図１３は本発明のさらに他の実施例に係
る、光学装置に適用可能な可変形状鏡４０９を用いた撮
像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視
鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用
デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図であ
る。本実施例の撮像系は、可変形状鏡４０９と、レンズ
９０２と、固体撮像素子４０８と、制御系１０３とで一
つの撮像ユニット１０４を構成している。本実施例の撮
像ユニット１０４では、レンズ１０２を通った物体から
の光は可変形状鏡４０９で集光され、固体撮像素子４０
８の上に結像する。可変形状鏡４０９は、光学特性可変
光学素子の一種であり、可変焦点ミラーとも呼ばれてい
る。

【００３２】本実施例によれば、物体距離が変わっても
可変形状鏡４０９を変形させることでピント合わせをす
ることができ、レンズをモータ等で駆動する必要がな
く、小型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。
また、撮像ユニット１０４は本発明の撮像系としてすべ
ての実施例で用いることができる。また、可変形状鏡４
０９を複数用いることでズーム、変倍の撮像系、光学系
を作ることができる。なお、図１３では、制御系１０３
にコイルを用いたトランスの昇圧回路を含む制御系の構
成例を示している。特に積層型圧電トランスを用いる
と、小型化できてよい。昇圧回路は本発明のすべての電
気を用いる可変形状鏡、可変焦点レンズに用いることが
できるが、特に静電気力、圧電効果を用いる場合の可変
形状鏡、可変焦点レンズに有用である。

【００３３】図１４は本発明の可変形状鏡のさらに他の
実施例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出
し入れし、レンズ面を変形させる可変形状鏡１８８の概
略構成図である。本実施例によれば、レンズ面を大きく
変形させることが可能になるというメリットがある。マ
イクロポンプ１８０は、例えば、マイクロマシンの技術
で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成され
ている。流体１６１は、透明基板１６３と、弾性体１６
４との間に挟まれている。マイクロマシンの技術で作ら
れたポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電
材料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。

【００３４】図１５は本発明に適用可能なマイクロポン
プの一実施例を示す概略構成図である。本実施例のマイ
クロポンプ１８０では、振動板１８１は静電気力、圧電
効果等の電気力により振動する。図１５では静電気力に
より振動する例を示しており、図１５中、１８２，１８
３は電極である。また、点線は変形した時の振動板１８
１を示している。振動板１８１の振動に伴い、２つの弁
１８４，１８５が開閉し、流体１６１を右から左へ送る
ようになっている。

【００３５】本実施例の可変形状鏡１８８では、反射膜
１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形すること
で、可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流
体１６１で駆動されている。流体としては、シリコンオ
イル、空気、水、ゼリー、等の有機物、無機物を用いる
ことができる。

【００３６】なお、静電気力、圧電効果を用いた可変形
状鏡、可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧
が必要になる場合がある。その場合には、例えば図１３
に示すように、昇圧用のトランス、あるいは圧電トラン
ス等を用いて制御系を構成するとよい。また、反射用の
薄膜４０９ａは、変形しない部分にも設けておくと、可
変形状鏡の形状を干渉計等で測定する場合に、基準面と
して使うことができ便利である。

【００３７】図１６は本発明にかかる可変焦点レンズの
原理的構成を示す図である。この可変焦点レンズ５１１
は、第１，第２の面としてのレンズ面５０８ａ，５０８
ｂを有する第１のレンズ５１２ａと、第３，第４の面と
してのレンズ面５０９ａ，５０９ｂを有する第２のレン
ズ５１２ｂと、これらレンズ間に透明電極５１３ａ，５
１３ｂを介して設けた高分子分散液晶層５１４とを有
し、入射光を第１，第２のレンズ５１２ａ，５１２ｂを
経て収束させるものである。透明電極５１３ａ，５１３
ｂは、スイッチ５１５を介して交流電源５１６に接続し
て、高分子分散液晶層５１４に交流電界を選択的に印加
するようにする。なお、高分子分散液晶層５１４は、そ
れぞれ液晶分子５１７を含む球状、多面体等の任意の形
状の多数の微小な高分子セル５１８を有して構成し、そ
の体積は、高分子セル５１８を構成する高分子および液
晶分子５１７がそれぞれ占める体積の和に一致させる。

【００３８】ここで、高分子セル５１８の大きさは、例
えば球状とする場合、その平均の直径Ｄを、使用する光
の波長をλとするとき、例えば、 ２ｎｍ≦Ｄ≦λ／５ …(1) とする。すなわち、液晶分子５１７の大きさは、２ｎｍ
程度以上であるので、平均の直径Ｄの下限値は、２ｎｍ
以上とする。また、Ｄの上限値は、可変焦点レンズ５１
１の光軸方向における高分子分散液晶層５１４の厚さｔ
にも依存するが、λに比べて大きいと、高分子の屈折率
と液晶分子５１７の屈折率との差により、高分子セル５
１８の境界面で光が散乱して高分子分散液晶層５１４が
不透明になってしまうため、後述するように、好ましく
はλ／５以下とする。可変焦点レンズが用いられる光学
製品によっては高精度を要求しない場合もあり、そのと
きＤはλ以下でよい。なお、高分子分散液晶層５１４の
透明度は、厚さｔが厚いほど悪くなる。

【００３９】また、液晶分子５１７は、例えば、一軸性
のネマティック液晶分子を用いる。この液晶分子５１７
の屈折率楕円体は、図１７に示すような形状となり、 ｎ_ox＝ｎ_oy＝ｎ_o …(2) である。ただし、ｎ_oは常光線の屈折率を示し、ｎ_oxお
よびｎ_oyは、常光線を含む面内での互いに直交する方向
の屈折率を示す。

【００４０】ここで、図１６に示すように、スイッチ５
１５をオフ、すなわち高分子分散液晶層５１４に電界を
印加しない状態では、液晶分子５１７が様々な方向を向
いているので、入射光に対する高分子分散液晶層５１４
の屈折率は高く、屈折力の強いレンズとなる。これに対
し、図１８に示すように、スイッチ５１５をオンとして
高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加すると、液晶
分子５１７は、屈折率楕円体の長軸方向が可変焦点レン
ズ５１１の光軸と平行となるように配向するので、屈折
率が低くなり、屈折力の弱いレンズとなる。

【００４１】なお、高分子分散液晶層５１４に印加する
電圧は、例えば、図１９に示すように、可変抵抗器５１
９により段階的あるいは連続的に変化させることもでき
る。このようにすれば、印加電圧が高くなるにつれて、
液晶分子５１７は、その楕円長軸が徐々に可変焦点レン
ズ５１１の光軸と平行となるように配向するので、屈折
力を段階的あるいは連続的に変えることができる。

【００４２】ここで、図１６に示す状態、すなわち高分
子分散液晶層５１４に電界を印加しない状態での、液晶
分子５１７の平均屈折率ｎ_LC’は、図１７に示すように
屈折率楕円体の長軸方向の屈折率をｎ_zとすると、およ
そ （ｎ_ox＋ｎ_oy＋ｎ_Z）／３≡ｎ_LC’ …(3) となる。また、上記(2)式が成り立つときの平均屈折率
ｎ_LCは、ｎ_zを異常光線の屈折率ｎ_eと表して、 （２ｎ_o＋ｎ_e）／３≡ｎ_LC …(4) で与えられる。このとき、高分子分散液晶層５１４の屈
折率ｎ_Aは、高分子セル５１８を構成する高分子の屈折
率をｎ_Pとし、高分子分散液晶層５１４の体積に占める
液晶分子５１７の体積の割合をｆｆとすると、マックス
ウェル・ガーネットの法則により、 ｎ_A＝ｆｆ・ｎ_LC’＋（１−ｆｆ）ｎ_P …(5) で与えられる。

【００４３】したがって、図１９に示すように、レンズ
５１２ａおよび５１２ｂの内側の面、すなわち高分子分
散液晶層５１４側の面の曲率半径を、それぞれＲ₁およ
びＲ₂とすると、可変焦点レンズ５１１の焦点距離ｆ
₁は、 １／ｆ₁＝（ｎ_A−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(6) で与えられる。なお、Ｒ₁およびＲ₂は、曲率中心が像点
側にあるとき、正とする。また、レンズ５１２ａおよび
５１２ｂの外側の面による屈折は除いている。つまり、
高分子分散液晶層５１４のみによるレンズの焦点距離
が、(6)式で与えられる。

【００４４】また、常光線の平均屈折率を、 （ｎ_ox＋ｎ_oy）／２＝ｎ_o’ …(7) とすれば、図１８に示す状態、すなわち高分子分散液晶
層５１４に電界を印加した状態での、高分子分散液晶層
５１４の屈折率ｎ_Bは、 ｎ_B＝ｆｆ・ｎ_o’＋（１−ｆｆ）ｎ_P …(8) で与えられるので、この場合の高分子分散液晶層５１４
のみによるレンズの焦点距離ｆ₂は、 １／ｆ₂＝（ｎ_B−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(9) で与えられる。なお、高分子分散液晶層５１４に、図１
８におけるよりも低い電圧を印加する場合の焦点距離
は、(6)式で与えられる焦点距離ｆ₁と、(9)式で与えら
れる焦点距離ｆ₂との間の値となる。

【００４５】上記(6)および(9)式から、高分子分散液晶
層５１４による焦点距離の変化率は、 ｜（ｆ₂−ｆ₁）／ｆ₂｜＝｜（ｎ_B−ｎ_A）／（ｎ_B−１）｜ …(10) で与えられる。したがって、この変化率を大きくするに
は、｜ｎ_B−ｎ_A｜を大きくすればよい。ここで、 ｎ_B−ｎ_A＝ｆｆ（ｎ_o’−ｎ_LC’） …(11) であるから、｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜を大きくすれば、変化
率を大きくすることができる。実用的には、ｎ_Bが、
１．３〜２程度であるから、 ０．０１≦｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜≦１０ …(12) とすれば、ｆｆ＝０．５のとき、高分子分散液晶層５１
４による焦点距離を、０．５％以上変えることができる
ので、効果的な可変焦点レンズを得ることができる。な
お、｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜は、液晶物質の制限から、１０
を越えることはできない。

【００４６】次に、上記(1)式の上限値の根拠について
説明する。「Solar Energy Materials and Solar Cell
s」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Publ
ishersB.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission var
iation using scattering/transparent switching film
s 」には、高分子分散液晶の大きさを変化させたときの
透過率τの変化が示されている。そして、かかる文献の
第206 頁、図６には、高分子分散液晶の半径をｒとし、
ｔ＝３００μｍ、ｆｆ＝０．５、ｎ_P ＝１．４５、ｎ_LC
＝１．５８５、λ＝５００ｎｍとするとき、透過率τ
は、理論値で、ｒ＝５ｎｍ（Ｄ＝λ／５０、Ｄ・ｔ＝λ
・６μｍ（ただし、Ｄおよびλの単位はｎｍ、以下も同
じ））のときτ≒９０％となり、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ
／１０）のときτ≒５０％になることが示されている。

【００４７】ここで、例えば、ｔ＝１５０μｍの場合を
推定してみると、透過率τがｔの指数関数で変化すると
仮定して、ｔ＝１５０μｍの場合の透過率τを推定して
みると、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０、Ｄ・ｔ＝λ・１
５μｍ）のときτ≒７１％となる。また、ｔ＝７５μｍ
の場合は、同様に、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０、Ｄ・
ｔ＝λ・７．５μｍ）のときτ≒８０％となる。

【００４８】これらの結果から、 Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ …(13) であれば、τは７０％〜８０％以上となり、レンズとし
て十分実用になる。したがって、例えば、ｔ＝７５μｍ
の場合は、Ｄ≦λ／５で、十分な透過率が得られること
になる。

【００４９】また、高分子分散液晶層５１４の透過率
は、ｎ_Pの値がｎ_LC’の値に近いほど良くなる。一方、
ｎ_o’とｎ_Pとが異なる値になると、高分子分散液晶層５
１４の透過率は悪くなる。図１６の状態と図１８の状態
とで、平均して高分子分散液晶層５１４の透過率が良く
なるのは、 ｎ_P＝（ｎ_o’＋ｎ_LC’）／２ …(14) を満足するときである。

【００５０】ここで、可変焦点レンズ５１１は、レンズ
として使用するものであるから、図１６の状態でも、図
１８の状態でも、透過率はほぼ同じで、かつ高い方が良
い。そのためには、高分子セル５１８を構成する高分子
の材料および液晶分子５１７の材料に制限があるが、実
用的には、 ｎ_o’≦ｎ_P≦ｎ_LC’ …(15) とすればよい。

【００５１】上記(14)式を満足すれば、上記(13)式は、
さらに緩和され、 Ｄ・ｔ≦λ・６０μｍ …(16) であれば良いことになる。なぜなら、フレネルの反射則
によれば、反射率は屈折率差の２乗に比例するので、高
分子セル５１８を構成する高分子と液晶分子５１７との
境界での光の反射、すなわち高分子分散液晶層５１４の
透過率の減少は、およそ上記の高分子と液晶分子５１７
との屈折率の差の２乗に比例するからである。

【００５２】以上は、ｎ_o’≒１．４５、ｎ_LC’≒１．
５８５の場合であったが、より一般的に定式化すると、 Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ・（１．５８５−１．４５）²／（ｎ_u−ｎ_P）² …(17) であればよい。ただし、（ｎ_u−ｎ_P）²は、（ｎ_LC’−
ｎ_P）²と（ｎ_o’−ｎ_P）²とのうち、大きい方である。

【００５３】また、可変焦点レンズ５１１の焦点距離変
化を大きくするには、ｆｆの値が大きい方が良いが、ｆ
ｆ＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル５
１８を形成できなくなるので、 ０．１≦ｆｆ≦０．９９９ …(18) とする。一方、ｆｆは、小さいほどτは向上するので、
上記(17)式は、好ましくは、 4×10^-6〔μｍ〕²≦Ｄ・ｔ≦λ・45μｍ・(1.585−1.45)²/(ｎ_u−ｎ_P)²…(19) とする。なお、ｔの下限値は、図１６から明らかなよう
に、ｔ＝Ｄで、Ｄは、上述したように２ｎｍ以上である
ので、Ｄ・ｔの下限値は、（２×１０^-3μｍ）²、すな
わち４×１０^-6〔μｍ〕²となる。

【００５４】なお、物質の光学特性を屈折率で表す近似
が成り立つのは、「岩波科学ライブラリー８ 小惑星が
やってくる」向井正著,1994,岩波書店発行の第５８頁に
記載されているように、Ｄが１０ｎｍ〜５ｎｍより大き
い場合である。また、Ｄが５００λを越えると、光の散
乱は幾何学的となり、高分子セル５１８を構成する高分
子と液晶分子５１７との界面での光の散乱がフレネルの
反射式に従って増大するので、Ｄは、実用的には、 ７ｎｍ≦Ｄ≦５００λ …(20) とする。

【００５５】図２０は、図１９に示す可変焦点レンズ５
１１を用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示
すものである。この撮像光学系においては、物体（図示
せず）の像を、絞り５２１、可変焦点レンズ５１１およ
びレンズ５２２を介して、例えばＣＣＤよりなる固体撮
像素子５２３上に結像させる。なお、図２０では、液晶
分子の図示を省略してある。

【００５６】かかる撮像光学系によれば、可変抵抗器５
１９により可変焦点レンズ５１１の高分子分散液晶層５
１４に印加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ５
１１の焦点距離を変えることより、可変焦点レンズ５１
１およびレンズ５２２を光軸方向に移動させることな
く、例えば、無限遠から６００ｍｍまでの物体距離に対
して、連続的に合焦させることが可能となる。

【００５７】図２１は本発明にかかる可変焦点回折光学
素子の一例の構成を示す図である。この可変焦点回折光
学素子５３１は、平行な第１，第２の面５３２ａ，５３
２ｂを有する第１の透明基板５３２と、光の波長オーダ
ーの溝深さを有する断面鋸歯波状のリング状回折格子を
形成した第３の面５３３ａおよび平坦な第４の面５３３
ｂを有する第２の透明基板５３３とを有し、入射光を第
１，第２の透明基板５３２，５３３を経て出射させるも
のである。第１，第２の透明基板５３２，５３３間に
は、図１６で説明したと同様に、透明電極５１３ａ，５
１３ｂを介して高分子分散液晶層５１４を設け、透明電
極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５を経て交流電源
５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界
を印加するようにする。

【００５８】かかる構成において、可変焦点回折光学素
子５３１に入射する光線は、第３の面５３３ａの格子ピ
ッチをｐとし、ｍを整数とすると、 ｐsinθ＝ｍλ …(21) を満たす角度θだけ偏向されて出射される。また、溝深
さをｈ、透明基板３３の屈折率をｎ₃₃とし、ｋを整数と
すると、 ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）＝ｍλ …(22) ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）＝ｋλ …(23) を満たせば、波長λで回折効率が１００％となり、フレ
アの発生を防止することができる。

【００５９】ここで、上記(22)および(23)式の両辺の差
を求めると、 ｈ（ｎ_A−ｎ_B）＝（ｍ−ｋ）λ …(24) が得られる。したがって、例えば、λ＝５００ｎｍ、ｎ
_A＝１．５５、ｎ_B＝１．５とすると、 ０．０５ｈ＝（ｍ−ｋ）・５００ｎｍ となり、ｍ＝１，ｋ＝０とすると、 ｈ＝１００００ｎｍ＝１０μｍ となる。この場合、透明基板５３３の屈折率ｎ₃₃は、上
記(22)式から、ｎ₃₃＝１．５であればよい。また、可変
焦点回折光学素子５３１の周辺部における格子ピッチｐ
を１０μｍとすると、θ≒２．８７°となり、Ｆナンバ
ーが１０のレンズを得ることができる。

【００６０】かかる可変焦点回折光学素子５３１は、高
分子分散液晶層５１４への印加電圧のオン・オフで光路
長が変わるので、例えば、レンズ系の光束が平行でない
部分に配置して、ピント調整を行うのに用いたり、レン
ズ系全体の焦点距離等を変えるのに用いることができ
る。

【００６１】なお、この実施形態において、上記(22)〜
(24)式は、実用上、 ０．７ｍλ≦ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）≦１．４ｍλ …(25) ０．７ｋλ≦ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）≦１．４ｋλ …(26) ０．７（ｍ−ｋ）λ≦ｈ（ｎ_A−ｎ_B）≦１．４（ｍ−ｋ）λ …(27) を満たせば良い。

【００６２】また、ツイストネマティック液晶を用いる
可変焦点レンズもある。図２２および図２３は、この場
合の可変焦点眼鏡５５０の構成を示すものであり、可変
焦点レンズ５５１は、レンズ５５２および５５３と、こ
れらレンズの内面上にそれぞれ透明電極５１３ａ，５１
３ｂを介して設けた配向膜５３９ａ，５３９ｂと、これ
ら配向膜間に設けたツイストネマティック液晶層５５４
とを有して構成し、その透明電極５１３ａ，５１３ｂを
可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、ツ
イストネマティック液晶層５５４に交流電界を印加する
ようにする。

【００６３】かかる構成において、ツイストネマティッ
ク液晶層５５４に印加する電圧を高くすると、液晶分子
５５５は、図２３に示すようにホメオトロピック配向と
なり、図２２に示す印加電圧が低いツイストネマティッ
ク状態の場合に比べて、ツイストネマティック液晶層５
５４の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。

【００６４】ここで、図２２に示すツイストネマティッ
ク状態における液晶分子５５５の螺旋ピッチＰは、光の
波長λに比べて同じ程度か十分小さくする必要があるの
で、例えば、 ２ｎｍ≦Ｐ≦２λ／３ …(28) とする。なお、この条件の下限値は、液晶分子の大きさ
で決まり、上限値は、入射光が自然光の場合に、図２２
の状態でツイストネマティック液晶層５５４が等方媒質
として振る舞うために必要な値であり、この上限値の条
件を満たさないと、可変焦点レンズ５５１は偏光方向に
よって焦点距離の異なるレンズとなり、これがため二重
像が形成されてぼけた像しか得られなくなる。

【００６５】図２４(a)は、本発明にかかる可変偏角プ
リズムの構成を示すものである。この可変偏角プリズム
５６１は、第１，第２の面５６２ａ，５６２ｂを有する
入射側の第１の透明基板５６２と、第３，第４の面５６
３ａ，５６３ｂを有する出射側の平行平板状の第２の透
明基板５６３とを有する。入射側の透明基板５６２の内
面（第２の面）５６２ｂは、フレネル状に形成し、この
透明基板５６２と出射側の透明基板５６３との間に、図
１６で説明したと同様に、透明電極５１３ａ，５１３ｂ
を介して高分子分散液晶層５１４を設ける。透明電極５
１３ａ，５１３ｂは、可変抵抗器５１９を経て交流電源
５１６に接続し、これにより高分子分散液晶層５１４に
交流電界を印加して、可変偏角プリズム５６１を透過す
る光の偏角を制御するようにする。なお、図２４(a)で
は、透明基板５６２の内面５６２ｂをフレネル状に形成
したが、例えば、図２４(b)に示すように、透明基板５
６２および５６３の内面を相対的に傾斜させた傾斜面を
有する通常のプリズム状に形成することもできるし、あ
るいは図２１に示した回折格子状に形成することもでき
る。回折格子状に形成する場合には、上記の(21)〜(27)
式が同様にあてはまる。

【００６６】かかる構成の可変偏角プリズム５６１は、
例えば、ＴＶカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメ
ラ、双眼鏡等のブレ防止用として有効に用いることがで
きる。この場合、可変偏角プリズム５６１の屈折方向
（偏向方向）は、上下方向とするのが望ましいが、さら
に性能を向上させるためには、２個の可変偏角プリズム
５６１を偏向方向を異ならせて、例えば図２５に示すよ
うに、上下および左右の直交する方向で屈折角を変える
ように配置するのが望ましい。なお、図２４および図２
５では、液晶分子の図示を省略してある。

【００６７】図２６は本発明にかかる可変焦点レンズを
用いた可変焦点ミラーを示すものである。この可変焦点
ミラー５６５は、第１，第２の面５６６ａ，５６６ｂを
有する第１の透明基板５６６と、第３，第４の面５６７
ａ，５６７ｂを有する第２の透明基板５６７とを有す
る。第１の透明基板５６６は、平板状またはレンズ状に
形成して、内面（第２の面）５６６ｂに透明電極５１３
ａを設け、第２の透明基板５６７は、内面（第３の面）
５６７ａを凹面状に形成して、該凹面上に反射膜５６８
を施し、さらにこの反射膜５６８上に透明電極５１３ｂ
を設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂ間には、図１６
で説明したと同様に、高分子分散液晶層５１４を設け、
これら透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５お
よび可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続し
て、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するよう
にする。なお、図２６では、液晶分子の図示を省略して
ある。

【００６８】かかる構成によれば、透明基板５６６側か
ら入射する光線は、反射膜５６８により高分子分散液晶
層５１４を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層
５１４の作用を２回もたせることができると共に、高分
子分散液晶層５１４への印加電圧を変えることにより、
反射光の焦点位置を変えることができる。この場合、可
変焦点ミラー５６５に入射した光線は、高分子分散液晶
層５１４を２回透過するので、高分子分散液晶層５１４
の厚さの２倍をｔとすれば、上記の各式を同様に用いる
ことができる。なお、透明基板５６６または５６７の内
面を、図２１に示したように回折格子状にして、高分子
分散液晶層５１４の厚さを薄くすることもできる。この
ようにすれば、散乱光をより少なくできる利点がある。

【００６９】なお、以上の説明では、液晶の劣化を防止
するため、電源として交流電源５１６を用いて、液晶に
交流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液
晶に直流電界を印加するようにすることもできる。ま
た、液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化
させること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶に
かける磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変
化させることによってもよい。以上に示した実施形態に
おいて、高分子分散液晶は液状ではなく固体に近いもの
もあるので、その場合はレンズ５１２ａ，５１２ｂの一
方、透明基板５３２、レンズ５３８、レンズ５５２，５
５３の一方、図２４(a)における透明基板５６３、図２
４(b)における透明基板５６２，５６３の一方、透明基
板５６６，５６７の一方はなくてもよい。なお、本願で
は図２６のような、形状の変化しない可変焦点ミラー
も、可変形状鏡の中に含めるものとする。

【００７０】図２７は本発明の光学装置のさらに他の実
施例に係る、可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニッ
ト１４１の概略構成図である。撮像ユニット１４１は本
発明の撮像系として用いることができる。本実施例で
は、レンズ１０２と可変焦点レンズ１４０とで、撮像レ
ンズを構成している。そして、この撮像レンズと固体撮
像素子４０８とで撮像ユニット１４１を構成している。
可変焦点レンズ１４０は、透明部材１４２と圧電性のあ
る合成樹脂等の柔らかい透明物質１４３とで、光を透過
する流体あるいはゼリー状物質１４４を挟んで構成され
ている。

【００７１】流体あるいはゼリー状物質１４４として
は、シリコンオイル、弾性ゴム、ゼリー、水等を用いる
ことができる。透明物質１４３の両面には透明電極１４
５が設けられており、回路１０３’を介して電圧を加え
ることで、透明物質１４３の圧電効果により透明物質１
４３が変形し、可変焦点レンズ１４０の焦点距離が変わ
るようになっている。従って、本実施例によれば、物体
距離が変わった場合でも光学系をモーター等で動かすこ
となくフォーカスができ、小型、軽量、消費電力が少な
い点で優れている。

【００７２】なお、図２７中、１４５は透明電極、１４
６は流体をためるシリンダーである。また、透明物質１
４３の材質としては、ポリウレタン、シリコンゴム、ア
クリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビ
ニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニ
リデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオ
ロエチレンの共重合体等が用いられる。圧電性を有する
有機材料や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有する
エラストマー等を用いると可変焦点レンズ面の大きな変
形が実現できてよい。可変焦点レンズには透明な圧電材
料を用いるとよい。

【００７３】なお、図２７の例で、可変焦点レンズ１４
０は、シリンンダー１４６を設けるかわりに、図２８に
示すように、支援部材１４７を設けてシリンダー１４６
を省略した構造にしてもよい。支援部材１４７は、間に
透明電極１４５を挟んで、透明物質１４３の一部の周辺
部分を固定している。本実施例によれば、透明物質１４
３に電圧をかけることによって、透明物質１４３が変形
しても、図２９に示すように、可変焦点レンズ１４０全
体の体積が変わらないように変形するため、シリンダー
１４６が不要になる。なお、図２８、２９中、１４８は
変形可能な部材で、弾性体、アコーディオン状の合成樹
脂または金属等でできている。

【００７４】図２７、２８に示す実施例では、電圧を逆
に印加すると透明物質１４３は逆向きに変形するので凹
レンズにすることも可能である。なお、透明物質１４３
に電歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコン
ゴム等を用いる場合は、透明物質１４３を透明基板と電
歪材料を貼り合わせた構造にするとよい。

【００７５】図３０は本発明の可変焦点レンズのさらに
他の実施例に係る、マイクロポンプ１６０で流体１６１
を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ１
６２の概略構成図である。マイクロポンプ１６０は、例
えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプ
で、電力で動くように構成されている。流体１６１は、
透明基板１６３と、弾性体１６４との間に挟まれてい
る。図３０中、１６５は弾性体１６４を保護するための
透明基板で、設けなくてもよい。マイクロマシンの技術
で作られたポンプの例としては、熱変形を利用したも
の、圧電材料を用いたもの、静電気力を用いたものなど
がある。

【００７６】そして、図１５で示したようなマイクロポ
ンプ１８０を、例えば、図３０に示す可変焦点レンズに
用いるマイクロポンプ１６０のように、２つ用いればよ
い。

【００７７】なお、静電気力、圧電効果を用いた可変焦
点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる
場合がある。その場合には、昇圧用のトランス、あるい
は圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。特
に積層型圧電トランスを用いると小型にできてよい。

【００７８】図３１は本発明にかかる光学特性可変光学
素子の他の実施例であって圧電材料２００を用いた可変
焦点レンズ２０１の概略構成図である。圧電材料２００
には透明物質１４３と同様の材料が用いられており、圧
電材料２００は、透明で柔らかい基板２０２の上に設け
られている。なお、基板２０２には、合成樹脂、有機材
料を用いるのが望ましい。本実施例においては、２つの
透明電極５９を介して電圧を圧電材料２００に加えるこ
とで圧電材料２００は変形し、図３１において凸レンズ
としての作用を持っている。

【００７９】なお、基板２０２の形をあらかじめ凸状に
形成しておき、かつ、２つの透明電極５９のうち、少な
くとも一方の電極の大きさを基板２０２と異ならせてお
く、例えば、一方の透明電極５９を基板２０２よりも小
さくしておくと、電圧を切ったときに、図３２に示すよ
うに、２つの透明電極５９が対向する所定部分だけが凹
状に変形して凹レンズの作用を持つようになり、可変焦
点レンズとして動作する。このとき基板２０２は、流体
１６１の体積が変化しないように変形するので、液溜１
６８が不要になるというメリットがある。

【００８０】本実施例では、流体１６１を保持する基板
の一部分を圧電材料で変形させて、液溜１６８を不要と
したところに大きなメリットがある。なお、図３０の実
施例にも言えることであるが、透明基板１６３，１６５
はレンズとして構成しても、或いは平面で構成してもよ
い。

【００８１】図３３は本発明にかかる光学特性可変光学
素子のさらに他の実施例であって圧電材料からなる２枚
の薄板２００Ａ，２００Ｂを用いた可変焦点レンズの概
略構成図である。本実施例の可変焦点レンズは、薄板２
００Ａと２００Ｂの材料の方向性を反転させることで、
変形量を大きくし、大きな可変焦点範囲が得られるとい
うメリットがある。なお、図３３中、２０４はレンズ形
状の透明基板である。本実施例においても、紙面の右側
の透明電極５９は基板２０２よりも小さく形成されてい
る。

【００８２】なお、図３１〜図３３の実施例において、
基板２０２、薄板２００，２００Ａ，２００Ｂの厚さを
不均一にして、電圧を掛けたときの変形のさせかたをコ
ントロールしてもよい。そのようにすれば、レンズの収
差補正等もすることができ、便利である。

【００８３】図３４は本発明にかかる可変焦点レンズの
さらに他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の
可変焦点レンズ２０７は、例えばシリコンゴムやアクリ
ルエラストマー等の電歪材料２０６を用いて構成されて
いる。本実施例の構成によれば、電圧が低いときには、
図３４に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上
げると、図３５に示すように、電歪材料２０６が上下方
向に伸びて左右方向に縮むので、焦点距離が伸びる。従
って、可変焦点レンズとして動作する。本実施例の可変
焦点レンズによれば、大電源を必要としないので消費電
力が小さくて済むというメリットがある。

【００８４】図３６は本発明にかかる光学特性可変光学
素子のさらに他の実施例であってフォトメカニカル効果
を用いた可変焦点レンズの概略構成図である。本実施例
の可変焦点レンズ２１４は、透明弾性体２０８，２０９
でアゾベンゼン２１０が挟まれており、アゾベンゼン２
１０には、透明なスペーサー２１１を経由して光が照射
されるようになっている。図３６中、２１２，２１３は
それぞれ中心波長がλ₁，λ₂の例えばＬＥＤ、半導体レ
ーザー等の光源である。

【００８５】本実施例において、中心波長がλ₁の光が
図３７(a)に示すトランス型のアゾベンゼンに照射され
ると、アゾベンゼン２１０は、図３７(b)に示すシス型
に変化して体積が減少する。このため、可変焦点レンズ
２１４の形状はうすくなり、凸レンズ作用が減少する。
一方、中心波長がλ₂の光がシス型のアゾベンゼン２１
０に照射されると、アゾベンゼン２１０はシス型からト
ランス型に変化して、体積が増加する。このため、可変
焦点レンズ２１４の形状は厚くなり、凸レンズ作用が増
加する。このようにして、本実施例の光学素子２１４は
可変焦点レンズとして作用する。また、可変焦点レンズ
２１４では、透明弾性体２０８，２０９の空気との境界
面で光が全反射するので外部に光がもれず、効率がよ
い。なお、レンズとして利用する光の波長は可視光に限
らず赤外光等でもよい。また、アゾベンゼン２１０とし
ては、アゾベンゼンと他の液体の混合物を用いてもよ
い。

【００８６】図３８は本発明にかかる可変形状鏡のさら
に他の実施例を示す概略構成図である。本実施例では、
デジタルカメラに用いられるものとして説明する。な
お、図３８中、４１１は可変抵抗器、４１４は演算装
置、４１５は温度センサー、４１６は湿度センサー、４
１７は距離センサー、４２４は振れセンサーである。本
実施例の可変形状鏡４５は、アクリルエラストマー等の
有機材料からなる電歪材料４５３と間を隔てて分割電極
４０９ｂを設け、電歪材料４５３の上に順に電極４５
２、変形可能な基板４５１を設け、さらにその上に入射
光を反射するアルミニウム等の金属からなる反射膜４５
０を設けて構成されている。このように構成すると、分
割電極４０９ｂを電歪材料４５３と一体化した場合に比
べて、反射膜４５０の面形状が滑らかになり、光学的に
収差を発生させにくくなるというメリットがある。な
お、変形可能な基板４５１と電極４５２の配置は逆でも
良い。また、図３８中、４４９は光学系の変倍、あるい
はズームを行なう釦であり、可変形状鏡４５は、釦４４
９を使用者が押すことで反射膜４５０の形を変形させ
て、変倍あるいは、ズームをすることができるように演
算装置４１４を介して制御されている。なお、アクリル
エラストマー等の有機材料からなる電歪材料のかわりに
既に述べたチタン酸バリウム等の圧電材料を用いてもよ
い。

【００８７】図３９は本発明の可変形状鏡のさらに他の
実施例にかかる静電気力で駆動される可変形状鏡の概略
構成図である。図３９に示す可変形状鏡４７に加わる電
圧あるいは流れる電流が０の場合、変形可能な基板４５
１を自然に放置した状態での形状（例えば平面形状）に
あわせて反射膜４５０の形状が決まるように設計されて
いるが、実際には、変形可能な基板４５１を固定してい
る枠４７２のゆがみなどのために反射膜４５０は必ずし
も変形可能な基板４５１を自然に放置した状態での形状
（平面形状）と同じ形状にはならない。あるいは変形可
能な基板４５１をあらかじめモールド等を用いて成形し
電圧又は電流が０の場合に所定の曲面形状となるように
した場合でも、製作誤差等のため必ずしも設計通りの形
状にはならない。

【００８８】そこで、本実施例の可変形状鏡は、この問
題を解決するために、可変形状鏡の使用中には常に電圧
を印加し又は電流を流して、形状規制力を加え、反射膜
４５０の形状が設計値に近づくよう補正を行なうように
構成されている。具体的には、メモリー４７３に、電圧
又は電流が０の時の形状を補正する為の情報を記憶させ
ておくとよい。なお、無駄な電力消費をさけるため光学
装置の非使用時には電圧又は電流を０にしておく。ま
た、反射膜４５０の形状を測定するために電極４７４
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと反射膜４５０との間の静電容量を測定
する回路４７５を設けてもよい。また、本実施例では、
反射膜４５０は電極を兼ねている。このような形状制御
方法は本発明の他の実施例の可変形状鏡、可変焦点レン
ズ、可変形状プリズム等にも適用可能である。

【００８９】なお、本実施例では、電極４７４Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは同一平面上に配置されていない。反射膜４５０
の変形時に電圧又は電流を調整して形状制御を容易にす
るためである。特に、電極４７４Ａ、Ｄのように可変形
状鏡周辺部の電極との間の距離をそれ以外の電極に比べ
て狭くしておくとよい。可変形状鏡周辺部は枠４７２に
近いため基板４５１が変形しにくいからである。本実施
例のこのような電極配置のさせ方は本発明の他の実施例
の可変形状鏡、可変焦点レンズ、可変プリズム等にも適
用可能である。

【００９０】図４０は本発明の光学特性可変光学素子の
さらに他の実施例にかかる圧電材料２００を用いた可変
焦点レンズ５０の概略構成図である。なお、圧電材料２
００には電歪材料も含むものとする。また、圧電材料２
００の材質としては、ポリウレタン、シリコンゴム、ア
クリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビ
ニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニ
リデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオ
ロエチレンの共重合体等が用いられる。圧電性を有す有
機材料、圧電性を有す合成樹脂、圧電性を示すエラスト
マー等を用いると可変焦点レンズ面の大きな変形が実現
できてよい。そして、可変焦点レンズには透明な圧電材
料を用いるとよい。

【００９１】本実施例の可変焦点レンズ５０は、透明で
やわらかい基板２０２、複数の分割された透明電極５
４、圧電材料２００、分割されていない透明電極透明電
極５９よりなる変形膜と、レンズ状の透明基板５３とで
流体５２をはさむ構造となっている。

【００９２】圧電材料２００は、透明でやわらかい基板
２０２の上に設けられている。透明でやわらかい基板２
０２には、合成樹脂、有機材料を用いるのが望ましい。
流体５０２としては、例えばシリコンオイル、弾体ゴ
ム、ゼリー、水、等を用いることができる。圧電材料２
００の両面には、複数の分割された透明電極５４、分割
されていない透明電極５９が設けられており、電圧を加
えることで、圧電材料２００の圧電効果により圧電材料
２００が変形し、可変焦点レンズ５０の焦点距離が変わ
る。従って、本実施例の光学特性可変光学素子は、テレ
ビカメラ等に用いた場合において、物体距離が変わった
場合でも光学系をモーター等で動かすことなくフォーカ
スができ、小型、計量、消費電力が少ない点で優れてい
る。

【００９３】本実施例においては、透明電極５９を介し
て電圧を圧電材料２００に加えることで圧電材料２００
は変形し図４０において凸レンズとしての作用を有して
いる。透明でやわらかい基板２０２の形をあらかじめ凸
状に形成しておき、かつ透明電極５４又は透明電極５９
のうち少なくとも一方の大きさを透明でやわらかい基板
２０２と異ならせておく、つまり、例えば図４０に示す
ように、透明電極５９を透明でやわらかい基板２０２よ
りも小さくしておくと、電圧を切ったとき、あるいは下
げたときに、図４１に示すように、透明電極５９のある
部分だけが凹状に形を変えて、凹レンズ作用を持つよう
になり、可変焦点レンズとして動作する。このとき透明
でやわらかい基板２０２は、流体５２の体積が変化しな
いように変形するので、液溜めが不要になるというメリ
ットがある。

【００９４】本実施例では、流体５２を保持する基板２
０２の一部分を圧電材料で変形させることで、簡単な構
造でもって可変焦点レンズを実現できるところに大きな
メリットがある。そして複数の分割された透明電極５４
に異なる電圧を加えることで、基板２０２を様々な形状
に変形できるというメリットがある。なお、本発明の他
の実施例の透明基板にも言えることであるが、透明基板
５３の裏面は非球面としても、あるいは、平面でもよ
い。また、変形膜５６は図４０において左から透明電極
５４、透明でやわらかい基板２０２、圧電材料２００、
透明電極５９の順に重ねて構成してもよい。また透明電
極５４と透明電極５９とは配置を入れ替えてもよい。さ
らに透明電極５９も透明電極５４と同様に分割電極とし
て構成してもよい。

【００９５】そして、本実施例によれば、温度センサー
４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７、振
れセンサー４２４、釦４４９からの信号に基づき透明電
極５４の電極のそれぞれに異なる電圧を加えることで、
可変焦点レンズ５０が焦点距離を変化させたり、収差を
変化させたり、プリズム作用を変化させたりすることが
でき、各種光学装置のフォーカス、ズーム、温湿度補
正、製作誤差の補正、ブレの補正等ができる。

【００９６】なお、以上述べたその他の各実施例の可変
焦点レンズにおいても、透明電極１４５，５９，５０８
ａ，５０９ａ，５１３ａ，５１３ｂ等を複数に分割し、
分割された透明電極のそれぞれに異なる電圧を加えるこ
とによって、光学装置のピント合わせ、ズーム、変倍の
みならず、振れ補正、製造誤差による光学性能の低下の
補償、収差の補正等が可能になるようにしてもよい。

【００９７】次に、本発明にかかる可変焦点レンズに用
いる透明電極の分割例として図４０、４１に示す実施例
における透明電極５４の分割例を図４２〜４５を用いて
説明する。図４２の例は、透明電極５４を同心状に分割
した例を示している。本分割例では、分割された透明電
極５４は、周辺部にいくほど輪帯の幅が狭くなってい
る。これは収差を補正しやすくするためである。

【００９８】図４３の例は、輪帯をさらに分割したもの
で、電極の境界線が３つずつ一点に集まるように分けて
ある部分を含んでいる。このようにすると、圧電材料２
００の形状が滑らかに変化するので収差の少ないレンズ
が得られる。

【００９９】図４４の例は、透明電極５４を６角形に分
割したもので、上記と同様の理由により電極の境界線が
３つずつ一点で集まるように分けてある部分を含んでい
る。この場合、一点に集まる透明電極の境界線の相互の
なす角は９０°より大きい。なお、後述する図４６、４
７(d)のように電極の境界線が１点で交叉するようにし
てもよい。このようにすると設計・製作が多少容易にな
るというメリットがある。

【０１００】なお、図４２〜４４の例において、それぞ
れ分割された一つ一つの透明電極５４Ａ、５４Ｂ、５４
Ｃ……は、ほぼ同じ面積にした方が収差補正上有利であ
る。このため、分割された電極のうち最も面積の大きい
電極と最も面積の小さい電極との面積比は１００：１以
内に抑えるのがよい。また、電極分割の配列は、図４
２、４３、４４の例のように、Ｎ回対称軸を有するよう
にすると良い。Ｎは自然数あるいは無限大である。その
ようにすると円形レンズの場合、特に収差補正上有利で
ある。また、図４２、４３、４４の例では、ほぼ同じ面
積にする為に分割された各電極の形状は等しくなってい
ないという特徴がある。または、図４５の例に示すよう
に、電極の分割は格子状にしてもよい。このような分割
形態にすれば、簡単に製作できるというメリットがあ
る。

【０１０１】図４６は眼鏡用レンズの場合で、透明な分
割電極５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、……が上、下、非対称
に、中心線に対しては左右対称に並べられている。つま
り、図４６の例の分割電極は、対称な面を一つ有して配
列されている。眼鏡の上側部分は主に遠距離を見るのに
対し、下側部分は主に近距離を見るため下側部分の変形
量が大きい方がよいので、このように配列してある。な
お、分割電極の配列は左右非対称としてもよい。つまり
対称な面、線、Ｎ回対称軸のいずれも含まないようにし
てもよい。なぜなら、眼鏡レンズの外形は、図４６に示
すように、対称な線又は面又はＮ回対称軸のいずれをも
を含まないからである。そして、これらの分割電極の形
状及び配列は可変焦点レンズに限られたものではなく、
本発明で述べられている可変形状鏡の分割電極にも適用
できる。可変形状鏡の分割電極に適用した場合には、可
変形状鏡の面形状が、滑らかになる、変形自在になると
いう効果がある。

【０１０２】図４７(a)〜４７(d)は、図４８、４９等の
光学装置に用いられる可変形状鏡の電極の分割例を示す
説明図である。図４７(a)〜４７(d)の例では、分割電極
の配列は、左右対称であり、つまり対称な面を一つ有す
る電極の配列となっている。そして、この対称な面は、
可変形状鏡における軸上光線の入射面にほぼ一致させる
のが良い。なお、本願では、電極にはコイル、薄膜コイ
ル、透明な薄膜コイルも含むものとする。図４７(a)〜
４７(d)に示すように、可変形状鏡の電極を含む部分の
外形は、略楕円あるいは一方向に長い角の丸い多角形、
あるいは、楕円に近い形の多角形、競技場のトラック
形、卵形等にするのが良い。これは、図４８、４９に示
すように、軸上光線が入射面に対して斜めに入射するよ
うにして用いる場合が多いからである。また、可変形状
鏡の電極を含む領域の長手方向は、軸上光線が入射する
入射面と略平行にするのが良い。なお、可変形状鏡に限
らず、軸上光線が入射面に対して斜めに入射するように
して用いる可変焦点レンズにおいても、図４７(a)〜４
７(d)に示すような電極配置は適用できる。また、本発
明の光学特性可変光学素子において一方の側の電極の数
は一つ、つまり分割されていなくてもよい。

【０１０３】図４８は本発明にかかる可変形状鏡４８を
用いた携帯電話６１用のデジタルカメラ６２の例を示す
概略構成図である。本実施例のデジタルカメラ６２は、
手に携帯電話６１を持って、液晶表示装置６３をファイ
ンダーとして見ながら撮影する時、見やすいように、斜
め下向きの方向を向くように構成されている。図４８
中、６４は自由曲面プリズムで、可変形状鏡４８の前方
には板状のフレア絞り６５が配置されている。なお、フ
レア絞り６５は明るさ絞りを兼ねてもよい。本実施例の
ように、自由曲面プリズム６４を用いて折り曲げられた
光路が交叉するようにすると、光学系全体を小さくする
ことができてよい。

【０１０４】図４９は図４８と同一構成の可変形状鏡４
８を用いたＶＴＲカメラ６８の一実施例である。本実施
例のＶＴＲカメラ６８は、自由曲面プリズム６９と可変
形状鏡４８を用いて、光路を軸上光線６７に対して９０
°より小さい角度で１回、９０°より大きい角度で１回
曲げ、光路が交叉することなく撮像素子４０８に導くよ
うにコンパクトに構成されている。このように図４８の
例と同一構成の可変形状鏡４８を複数の撮像装置に利用
可能なのは、図４２〜４６、４７(a)〜(d)、あるいは図
３、図４に示す形状及び配列、あるいはその他の格子
状、方眼状のいずれの配列であっても、多くの分割電極
を可変形状鏡４８の分割電極４０９ｂとして配置し、そ
れぞれの分割電極に電圧を掛けることで、それぞれの光
学装置ごとに求められている可変形状鏡の形状になるよ
うにすることができるからである。従って、同一構成の
可変形状鏡を用いても、光学装置ごとに最適の駆動方
法、つまり同一、あるいは異なる駆動方法を選べばよい
のである。同一構成の可変形状鏡を複数の光学装置に用
いれば、製造コストを低減出来る。

【０１０５】一般に光学装置に対して、光学系の収差或
いは振れを充分に補正する等のために、最適な可変形状
鏡あるいは可変焦点レンズの光偏向作用を得るために
は、分割電極４０９ｂの個数は多い方が良く、２次収差
を補正するためには最低７個、３次収差を補正するため
には最低９個、４次収差を補正するためには最低１３
個、５次収差を補正するためには最低１６個、７次収差
を補正するためには最低２５個、９次収差を補正するた
めには最低３６個の分割電極が必要となる。なお、２次
収差とはティルト、非点収差、コマ収差のｘ方向，ｙ方
向の２方向の成分である。ただし、低コストの商品では
最低でも３つの分割電極があれば、大きな収差又は大き
な振れは補正できる。

【０１０６】一方、電極数が多すぎても駆動回路が複雑
になりコストがアップするので、分割電極の数μは、高
精度の光学性能を要求する光学装置では、 ３００≦μ≦１００００ …(29) やや高精度の光学性能を要求する光学装置では、 １０１≦μ≦３００ …(30) 高〜中程度の光学性能を要求する光学装置では、 ３８≦μ≦１００ …(31) 中程度の光学性能を要求する光学装置では、 ３２≦μ≦３７ …(32) 中〜低程度の光学性能を要求する光学装置では、 ２２≦μ≦３１ …(33) 低程度の光学性能を要求する光学装置では、 １５≦μ≦２１ …(34) さらに低程度の光学性能を要求する光学装置では、 １１≦μ≦１４ …(35) 低コストの光学装置では、 ５≦μ≦１０ …(36) さらに低コストの光学装置では、 １≦μ≦４ …(37) であればよい。上記各式は、それぞれ各次数の収差を除
去するのに対応させている。また、上記各式における条
件設定にブレの補正を含めてももちろん良い。なお、上
記各式中には、電極数μに多少の余裕をもたせた式もあ
る。ただし式(37)については焦点距離又は若干の収差又
はブレを補正するに止めてある。

【０１０７】以上のように一つあるいは複数の電極を備
えた同一構成の光学特性可変素子を、複数の光学装置に
共通に用いることは、可変形状鏡に限られたものではな
く、例えば図４０に一例として示した可変焦点レンズに
も適用できることは言うまでもなく、式(29)〜(37)は可
変焦点レンズにも可変形状鏡と同様に適用可能である。
また、一つあるいは複数の電極を備えた同一構成の光学
特性可変素子を、複数の光学装置に共通に用いない場合
にも、式(29)〜(37)は適用可能である。なお、各光学装
置に最適な駆動方法を実現するには、メモリー４７３に
駆動の為のパラメータを記憶させておくのが良い。

【０１０８】ところで、可変焦点レンズあるいは屈折力
可変プリズムなどの光学特性可変光学素子に透明な分割
電極を設けた場合、分割電極を設けた部分と設けない部
分との境界の光の散乱によるフレア、及び透過率の違い
が生じて困ることが多い。これを解決したのが図５０に
示す実施例である。本実施例の光学特性可変光学素子で
は、分割された透明電極５４どうしの間の部分を透明電
極５４と屈折率及び光透過率のほぼ等しい透明な絶縁物
質５７で埋めてある。絶縁物質５７の屈折率をＮｓと
し、透明電極５４の屈折率をＮｇとする。この場合、次
式(38) ｜Ｎｓ−Ｎｇ｜＜０．２ …(38) を満たすことが望ましい。また、高精度の用途では、次
式(39) ｜Ｎｓ−Ｎｇ｜＜０．１ …(39) を満たすことが望ましい。なお、絶縁物質５７は流体５
２で代用してもよい。

【０１０９】透明電極５４の利用光に対する透過率をＴ
ｇ、絶縁物質５７の利用光に対する透過率をＴｓ、とす
ると（１００％の透過率であればＴｇ＝Ｔｓ＝１．０で
ある。）、次式(40) ｜Ｔｇ−Ｔｓ｜＜０．３ …(40) を満たすことが望ましい。また、高精度の用途では、次
式(41) ｜Ｔｇ−Ｔｓ｜＜０．１ …(41) を満たすことが望ましい。

【０１１０】図５１は本発明のさらに別の一実施例で電
磁力を用いた可変焦点レンズの概略構成図である。本実
施例の可変焦点レンズ７１では、円筒形の枠７２が、鉄
等の強磁性体でできており、周囲に巻かれたコイル７３
に電流を流すことにより電磁石となるように構成されて
いる。透明基板５３と透明で柔らかい基板２０２との間
は、流体５２で充たされており、透明で柔らかい基板２
０２の表面には分割された透明電極からなる透明なコイ
ル７４が形成されている。

【０１１１】図５１の実施例における分割された透明電
極からなる透明なコイル７４の形状及び配置の一例を図
５２に示す。図５２の例では、分割された各コイル７４
Ａ〜Ｃのそれぞれに異なる電流を流すことによって透明
で柔らかい基板２０２を変形させて可変焦点レンズとし
て機能するように構成されている。周囲に巻かれたコイ
ル７３あるいは分割された透明電極からなる透明なコイ
ル７４に流す電流の極性を反転させれば凹レンズにも凸
レンズにもなる。なお、コイル７４の形状は、図５３に
示すような、らせん状でもよい。あるいは、図５４の７
４’Ａ〜７４’Ｃ…に示すように、小さならせん状のコ
イルを透明で柔らかい基板２０２の表面に分布させてよ
い。なお、らせんの形は、円に限らず多角形等でもよ
い。本実施例のコイル７４を用いた可変焦点レンズは、
本発明の他の光学特性可変素子と同様に各種光学装置の
フォーカス、ズーム、ブレ補正、温度や湿度の補正等に
用いることができる。

【０１１２】図５５は本発明のさらに別の一実施例で、
図５１の実施例の可変焦点レンズ７１における円筒形の
枠７２と周囲に巻かれたコイル７３のかわりに、リング
状の永久磁石７５を用いた可変焦点レンズ７６の概略構
成図である。なお、流体５２は透明な物体に限るもので
はなく、透明な変形可能な物体であればどのようなもの
でもよい。

【０１１３】なお、図５１、５５の実施例のいずれにお
いても、分割された透明電極からなる透明なコイル７４
に加える電流を適宜選択することで、面形状にプリズム
作用を持たせて頂角可変のプリズムとして動作させても
良い。また、分割された透明電極からなる透明なコイル
７４、７４’は透明で電流を流すころができる導電性を
有する部材であればどのようなものでもよい。図５５
中、７７は流体溜めで、透明で柔らかい基板２０２の変
形で生じた流体５２の過不足を補うものである。なお、
透明で柔らかい基板２０２の変形のさせ方や、流体５２
の材質によっては流体溜め７７は無くてもよい。

【０１１４】次に、本発明にかかる可変形状鏡の変形部
分の形状について述べる。例えば、図４８、４９に示す
ように、光学装置内における軸上光線の可変形状鏡への
入射角をθとする。また、可変形状鏡を反射面の側から
見た図５６(a)，(b)に示すように、可変形状鏡７８，７
９の変形部分８０，８１の短手方向の長さをＸ、長手方
向の長さをＹとする。可変形状鏡７８，７９の変形部分
８０，８１は、図示のように略楕円形、卵形、あるいは
楕円形に近い形の多角形、競技場のトラック形、角の丸
い多角形とするのが良い。なぜなら、可変形状鏡の反射
面に対して光束は斜めに入射するので、可変形状鏡の光
束入射部分の形状は、一般に軸上光線の入射面に対し平
行な一方向に向かって細長くなるからである。あるい
は、固体撮像素子が長方形であるので、その長手方向に
対応する方向にも光束をのばすためである。

【０１１５】図５７は固体撮像素子の撮像エリア８２を
撮像エリア８２側から見た図である。図５７において、
撮像エリアにおける辺のうち、可変形状鏡への軸上光線
入射面（例えば、図４８、４９の実施例の場合、可変形
状鏡への入射光線と可変形状鏡からの出射光線とを含む
平面）に対し平行な辺の長さ、あるいは可変形状鏡への
軸上光線入射面とのなす角が小さい方の辺の長さをＰ、
もう一方の辺の長さをＱとする。（なお、図４８、４９
の実施例において、もう一方の辺の長さＱは紙面に対し
て垂直になっている。）このときＸとＹの関係はおよそ
次式(42)のようになる。 Ｙ≒（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ） …(42)

【０１１６】実用的には、光束の一部が可変形状鏡でけ
られてもよい。逆に、変形部分は、光束入射範囲よりも
余裕を見て大きくすることもあり、また、明るさ絞りか
ら可変形状鏡までの距離等にもよるので、次式(43) １／２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ）≦Ｙ≦２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ） …(43) を満たせばよい。

【０１１７】そして式(43)の関係は、変形部分と対向し
て設置されているので、分割された電極を含む部分の外
形についても成り立つ。この場合のＸ、Ｙの定義は、図
４７(a)，(b)，(c)に示す通りである。式(43)は当然可
変形状鏡の光束通過部分の形状についても成り立つ。式
(43)は可変形状鏡に限られたものでなく、可変焦点レン
ズ、屈折力可変プリズムについても成り立つ。

【０１１８】図５８は本発明の光学装置のさらに他の実
施例にかかる可変形状鏡８３，８４を用いた電子内視鏡
８５の概略構成図である。図５８中、６６はレンズ、８
７は絞り、８８はプリズム、８９はレンズ群、９０は電
子回路、９１はＴＶモニター、９２は対物光学系、４０
８は固体撮像素子である。本実施例の電子内視鏡８５で
は、可変形状鏡８３，８４、プリズム８８を介して複数
個の反射面を設け、各反射面で軸上光線を９０°より大
きい角度で折り曲げることで、物体からの入射光線と固
体撮像素子への入射光線とがほぼ平行になるようにして
ある。可変形状鏡８３，８４は、同一構成の可変形状鏡
を用いてもよい。そして、本実施例の電子内視鏡８５で
は、可変形状鏡８３，８４を同時に変形させて電子内視
鏡８５の物体距離の変化に伴うピントのズレを補正する
ようになっている。このとき、可変形状鏡８３，８４の
反射面が平面の状態においては、対物光学系９２が実質
的に共軸系となるため収差の補正は容易であるが、可変
形状鏡８３の反射面が凸面あるいは凹面に変形すると光
軸上でも偏心収差が発生する。

【０１１９】そこで、本実施例では絞り８７の前後に可
変形状鏡を設けて、ピント合わせと共に光軸上の偏心収
差をキャンセルするようにしている。なお、可変形状鏡
８３，８４の反射面の形状は、自由曲面形状にした方が
収差補正上有利である。また、本実施例では、ピント合
わせ以外に、可変形状鏡８３，８４をそれらの反射面の
凹凸が逆になるよう変形させる等の方法でズーム、変倍
を行なうことも可能である。

【０１２０】図５９は本発明の光学装置のさらに他の実
施例にかかる可変焦点レンズ９３を用いた乱視も補正可
能な可変焦点眼鏡９４の概略構成図である。本実施例の
可変焦点眼鏡９４は、可変焦点レンズ９３に、図４２〜
４６に示したような、分割された透明電極を設け、透明
電極のそれぞれに適当な電圧を印加、又は電流を流すこ
とで、シリンドリカルレンズの効果を可変焦点レンズ９
３に持たせて、眼鏡使用者が乱視の場合、補正できるよ
うに構成されている。なお、眼鏡は光学装置の一つであ
る。もちろん、本実施例では、眼鏡使用者が乱視である
と同時に老眼であっても、物体距離に応じて可変焦点レ
ンズ９３のレンズ作用を変化させることで、常にピント
の合った画像を見ることができる。

【０１２１】具体的には、フレーム９５等に設けられた
左眼のレンズの光学特性を補正するためのメモリー９
６、右眼のレンズの光学特性を補正するためのメモリー
９７に、乱視のための補正情報、視度補正、物体距離補
正のための補正情報を記憶させておき、メモリー９６，
９７に記憶させた補正情報を参照しながら可変焦点レン
ズ９３に電圧を印加し、又は電流を流すように制御手段
が備えられている。そして、メモリー９６，９７に記憶
させる補正情報を使用者ごとに変更すれば、同一構成の
可変焦点レンズ９３を異なる使用者の眼鏡に用いること
ができる。もちろん、メモリー９６，９７に記憶させる
夫々の補正情報を左眼、右眼に合わせて別個に記憶させ
てば、同一構成の可変焦点レンズ９３を左右の眼鏡レン
ズに共通に用いることができる。なお、可変焦点レンズ
９３としては、本願の実施例で述べた各種の可変焦点レ
ンズを用いることができる。

【０１２２】最後に、本発明で用いる用語の定義を述べ
ておく。

【０１２３】光学装置とは、光学系あるいは光学素子を
含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくても
よい。つまり、装置の一部でもよい。

【０１２４】光学装置には、撮像装置、観察装置、表示
装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。

【０１２５】撮像装置の例としては、フィルムカメラ、
デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル
一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動
画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等
がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、
ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像
装置の一例である。

【０１２６】観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、
眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファイン
ダー、ビューファインダー等がある。

【０１２７】表示装置の例としては、液晶ディスプレ
イ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プ
レイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロ
ジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ ｍｏ
ｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯
情報端末）、携帯電話等がある。

【０１２８】照明装置の例としては、カメラのストロ
ボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等
がある。

【０１２９】信号処理装置の例としては、携帯電話、パ
ソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、
光計算機の演算装置等がある。

【０１３０】撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体
撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板は
プリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化に
は、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、
被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動
き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。

【０１３１】拡張曲面の定義は以下の通りである。球
面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心し
た球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有す
る非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のな
い非球面、自由曲面、微分不可能な点、線を有する面
等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面
でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。本
発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにす
る。

【０１３２】光学特性可変光学素子とは、可変焦点レン
ズ、可変形状鏡、面形状の変わる偏光プリズム、頂角可
変プリズム、光偏向作用の変わる可変回折光学素子、つ
まり可変ＨＯＥ，可変ＤＯＥ等を含む。

【０１３３】可変焦点レンズには、焦点距離が変化せ
ず、収差量が変化するような可変レンズも含むものとす
る。可変形状鏡についても同様である。要するに、光学
素子で、光の反射、屈折、回折等の光偏向作用が変化し
うるものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。

【０１３４】情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電
話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリ
モコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、
タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信すること
ができる装置を指す。撮像装置のついたテレビモニタ
ー、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとす
る。情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。

【０１３５】以上説明したように、本発明の光学装置
は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次に示す
ような特徴も備えている。

【０１３６】（１）圧電材料を用いた可変形状鏡。

【０１３７】（２）圧電材料に対して間を隔てて設けら
れた分割電極を有する上記（１）に記載の可変形状鏡。

【０１３８】（３）電歪材料を用い、電歪材料に対して
間を隔てて設けられた分割電極を有する上記（１）に記
載の可変形状鏡。

【０１３９】（４）反射膜、基板、電極、圧電材料を積
層し、圧電材料に対して間を隔てて設けられた分割電極
を有する上記（１）に記載の可変形状鏡。

【０１４０】（５）光学特性可変光学素子の使用状態
で、変形可能な光学面に常に規制力を加えていることを
特徴とする形状の変化する光学特性可変光学素子。

【０１４１】（６）形状補正の為のメモリーを有する上
記（５）に記載の光学特性可変光学素子。

【０１４２】（７）形状測定の為の手段を有する上記
（５）に記載の光学特性可変光学素子。

【０１４３】（８）上記（５）〜（７）のいずれかに記
載の光学特性可変光学素子である可変形状鏡。

【０１４４】（９）上記（５）〜（７）のいずれかに記
載の光学特性可変光学素子である可変焦点レンズ。

【０１４５】（１０）圧電材料を用いた可変焦点レン
ズ。

【０１４６】（１１）液溜めを有しない請求項１に記載
の可変焦点レンズ。

【０１４７】（１２）変形可能な透明膜と透明電極と圧
電材料からなる変形可能な膜と、透明流体と透明基板か
らなる請求項１に記載の可変焦点レンズ。

【０１４８】（１３）有機圧電材料を用いた請求項１、
上記（１０）〜（１２）のいずれかに記載の可変焦点レ
ンズ。

【０１４９】（１４）動作のために電力を必要とする光
学特性可変光学素子。

【０１５０】（１５）複数に分割された電極を有する上
記（１４）に記載の光学特性可変光学素子。

【０１５１】（１６）次の式(29)〜(37)のいずれかを満
たす上記（１５）に記載の光学特性可変光学素子。 ３００≦μ≦１００００ …(29) １０１≦μ≦３００ …(30) ３８≦μ≦１００ …(31) ３２≦μ≦３７ …(32) ２２≦μ≦３１ …(33) １５≦μ≦２１ …(34) １１≦μ≦１４ …(35) ５≦μ≦１０ …(36) １≦μ≦４ …(37) 但し、μは分割電極の数である。

【０１５２】（１７）透明電極が、輪帯状に形成されて
いる上記（１５）に記載の光学特性可変光学素子。

【０１５３】（１８）透明電極の境界線が、１点で３つ
集まる形を含む上記（１５）に記載の光学特性可変光学
素子。

【０１５４】（１９）１点で３つ集まる透明電極の境界
線が、相互のなす角が９０°より大きい部分を含むこと
を特徴とする上記（１５）に記載の光学特性可変光学素
子。

【０１５５】（２０）電極配列が対称な線または面を１
つ以上含む上記（１５）に記載の光学特性可変光学素
子。

【０１５６】（２１）電極配列が対称な線または面を１
つだけ含む上記（１５）に記載の光学特性可変光学素
子。

【０１５７】（２２）電極配列が対称な面、対称な線、
Ｎ回対称軸のいずれも含むまない上記（１５）に記載の
光学特性可変光学素子。但し、Ｎは自然数または無限大
である。

【０１５８】（２３）電極配列がＮ回対称軸を含む上記
（１５）に記載の光学特性可変光学素子。但し、Ｎは自
然数または無限大である。

【０１５９】（２４）上記（１４）〜（２３）のいずれ
かに記載の光学特性可変光学素子である可変焦点レン
ズ。

【０１６０】（２５）上記（１４）〜（２３）のいずれ
かに記載の光学特性可変光学素子である可変形状鏡。

【０１６１】（２６）電極を含む部分の形状が略楕円、
楕円に近い多角形、あるいは１方向に長い角の丸い多角
形、あるいは競技場のトラック形、あるいは卵形で上記
（１４）〜（２２）のいずれかに記載の光学特性可変光
学素子。

【０１６２】（２７）電極を含む部分の形状が略楕円、
楕円に近い多角形、あるいは１方向に長い角の丸い多
形、あるいは競技場のトラック形、あるいは卵形で、か
つ長手方向が軸上光線の入射面にほぼ平行である上記
（１４）〜（２２）のいずれかに記載の光学特性可変光
学素子。

【０１６３】（２８）光束通過部分の外形部が次式(43)
を満たす動作のために電力を必要とする光学特性可変光
学素子。 １／２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ）≦Ｙ≦２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ） …(43) 但し、Ｘは光学特性可変光学素子の変形部分の短手方向
の長さ、Ｙは光学特性可変光学素子の変形部分の長手方
向の長さ、Ｐは撮像エリアにおける辺のうち、可変形状
鏡への軸上光線入射面に対し平行な辺の長さ、あるいは
可変形状鏡への軸上光線入射面とのなす角が小さい方の
辺の長さ、Qはもう一方の辺の長さである。

【０１６４】（２９）上記（１４）〜（２２）のいずれ
かに記載の光束通過部分の外形状が次式(43)を満たす動
作のために電力を必要とする光学特性可変光学素子。 １／２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ）≦Ｙ≦２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ） …(43) 但し、Ｘは光学特性可変光学素子の変形部分の短手方向
の長さ、Ｙは光学特性可変光学素子の変形部分の長手方
向の長さ、Ｐは撮像エリアにおける辺のうち、可変形状
鏡への軸上光線入射面に対し平行な辺の長さ、あるいは
可変形状鏡への軸上光線入射面とのなす角が小さい方の
辺の長さ、Qはもう一方の辺の長さである。

【０１６５】（３０）形状変形部分の外形が次式(43)を
満たす動作のために電力を必要とする光学特性可変素
子。 １／２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ）≦Ｙ≦２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ） …(43) 但し、Ｘは光学特性可変光学素子の変形部分の短手方向
の長さ、Ｙは光学特性可変光学素子の変形部分の長手方
向の長さ、Ｐは撮像エリアにおける辺のうち、可変形状
鏡への軸上光線入射面に対し平行な辺の長さ、あるいは
可変形状鏡への軸上光線入射面とのなす角が小さい方の
辺の長さ、Qはもう一方の辺の長さである。

【０１６６】（３１）上記（１４）〜（２２）のいずれ
かに記載の形状変形部分の外形が次式(43)を満たす動作
のために電力を必要とする光学特性可変素子。 １／２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ）≦Ｙ≦２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ） …(43) 但し、Ｘは光学特性可変光学素子の変形部分の短手方向
の長さ、Ｙは光学特性可変光学素子の変形部分の長手方
向の長さ、Ｐは撮像エリアにおける辺のうち、可変形状
鏡への軸上光線入射面に対し平行な辺の長さ、あるいは
可変形状鏡への軸上光線入射面とのなす角が小さい方の
辺の長さ、Qはもう一方の辺の長さである。

【０１６７】（３２）電極を含む部分の外形が次式(43)
を満たす動作のために電力を必要とする光学特性可変素
子。 １／２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ）≦Ｙ≦２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ） …(43) 但し、Ｘは光学特性可変光学素子の変形部分の短手方向
の長さ、Ｙは光学特性可変光学素子の変形部分の長手方
向の長さ、Ｐは撮像エリアにおける辺のうち、可変形状
鏡への軸上光線入射面に対し平行な辺の長さ、あるいは
可変形状鏡への軸上光線入射面とのなす角が小さい方の
辺の長さ、Qはもう一方の辺の長さである。

【０１６８】（３３）上記（１４）〜（２２）のいずれ
かに記載の電極を含む部分の外形が次式(43)を満たす動
作のために電力を必要とする光学特性可変素子。 １／２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ）≦Ｙ≦２（Ｘ／ｃｏｓθ）・（Ｐ／Ｑ） …(43) 但し、Ｘは光学特性可変光学素子の変形部分の短手方向
の長さ、Ｙは光学特性可変光学素子の変形部分の長手方
向の長さ、Ｐは撮像エリアにおける辺のうち、可変形状
鏡への軸上光線入射面に対し平行な辺の長さ、あるいは
可変形状鏡への軸上光線入射面とのなす角が小さい方の
辺の長さ、Qはもう一方の辺の長さである。

【０１６９】（３４）上記（２８）〜（３３）のいずれ
かに記載の光学特性可変光学素子である可変形状鏡。

【０１７０】（３５）光学面近傍に配置された永久磁石
または電磁石と、変形可能な光学面と一体化された透明
な電流を流すことが可能な部材と、透明基板と前記変形
可能な光学面の間に透明な変形可能な物体とを有し、電
磁力により面形状を変化させる光学特性可変光学素子。

【０１７１】（３６）光学面近傍に配置された永久磁石
またはコイルと、光学面と一体化された透明な電流を流
すことが可能な部材とを有し、電磁力により面形状を変
化させる可変焦点レンズ。

【０１７２】（３７）光学面近傍に配置された永久磁石
または電磁石と、変形可能な光学面と一体化された透明
な電流を流すことが可能な部材と、透明基板と前記変形
可能な光学面の間に透明な変形可能な物体とを有し、電
磁力により面形状を変化させる可変焦点レンズ。

【０１７３】（３８）請求項３又は上記（３５）に記載
の可変プリズム。

【０１７４】（３９）分割された透明電極の間に透明な
絶縁物質を有する、光を透過する光学特性可変光学素
子。

【０１７５】（４０）次式(38)〜(41)を満たす上記（３
９）に記載の光学特性可変光学素子。 ｜Ｎｓ−Ｎｇ｜＜０．２ …(38) ｜Ｎｓ−Ｎｇ｜＜０．１ …(39) ｜Ｔｇ−Ｔｓ｜＜０．３ …(40) ｜Ｔｇ−Ｔｓ｜＜０．１ …(41) 但し、Ｎｓは透明な絶縁物質の屈折率、Ｎｇは透明電極
の屈折率、Ｔｇは透明電極の利用光に対する透過率、Ｔ
ｓは透明な絶縁物質の利用光に対する透過率である。

【０１７６】（４１）同一構成でもって複数の光学装置
に共通に用いることが可能な複数の電極を備えた光学特
性可変光学素子を備えたことを特徴とする光学装置。

【０１７７】（４２）同一構成でもって複数の光学装置
に共通に用いることが可能であって、それぞれの光学装
置に応じて最適に駆動する光学特性可変光学素子を備え
たことを特徴とする光学装置。

【０１７８】（４３）同一構成でもって複数の光学装置
に共通に用いることが可能であって、それぞれの光学装
置に応じて最適に駆動する複数の電極を備えた光学特性
可変光学素子を備えたことを特徴とする光学装置。

【０１７９】（４４）光学特性可変光学素子が可変形状
鏡である請求項３、上記（４１）〜（４３）のいずれか
に記載の光学装置。

【０１８０】（４５）光学特性可変光学素子が可変焦点
レンズである請求項３、上記（４１）〜（４３）のいず
れかに記載の光学装置。

【０１８１】（４６）次の式(29)〜(37)のいずれかを満
たす請求項３、上記（４１）〜（４３）のいずれかに記
載の光学装置。 ３００≦μ≦１００００ …(29) １０１≦μ≦３００ …(30) ３８≦μ≦１００ …(31) ３２≦μ≦３７ …(32) ２２≦μ≦３１ …(33) １５≦μ≦２１ …(34) １１≦μ≦１４ …(35) ５≦μ≦１０ …(36) １≦μ≦４ …(37) 但し、μは分割電極の数である。

【０１８２】（４７）光学装置が眼鏡である請求項３、
上記（４１）〜（４３）のいずれかに記載の光学装置。

【０１８３】（４８）乱視を補正する可変焦点レンズを
有する可変焦点眼鏡。

【０１８４】（４９）可変焦点レンズにより乱視を補正
する、可変焦点レンズを有する可変焦点眼鏡。

【０１８５】（５０）面形状の変化する可変焦点レンズ
により乱視を補正する、可変焦点レンズを有する可変焦
点眼鏡。

【０１８６】（５１）複数の透明な分割電極を有する上
記（４８）〜（５０）のいずれかに記載の可変焦点眼
鏡。

【０１８７】（５２）共通の可変焦点レンズを異なる使
用者の眼鏡で共通に用いた可変焦点眼鏡。

【０１８８】（５３）共通の可変焦点レンズを左右の眼
鏡レンズに共通に用いた可変焦点眼鏡。

【０１８９】（５４）可変焦点レンズ駆動用のメモリー
を有する可変焦点眼鏡。

【０１９０】（５５）請求項１、２、上記（１）〜（４
０）のいずれかに記載の光学素子を備えた、光学装置ま
たは可変焦点眼鏡。

【０１９１】（５６）請求項１、２、上記（１）〜（４
０）のいずれかに記載の光学素子を備えた、上記（４
６）〜（５４）のいずれかに記載の可変焦点眼鏡または
光学装置。

【０１９２】（５７）自由曲面プリズムを備え、折り曲
げられた光軸が交叉することを特徴とする可変形状鏡を
備えた光学装置。

【０１９３】（５８）自由曲面プリズムを備え、軸上光
線を９０°未満の角度で少なくとも１回、９０°を超え
る角度で少なくとも１回折り曲げることを特徴とする可
変形状鏡を備えた光学装置。

【０１９４】（５９）自由曲面プリズムを備え、軸上光
線を９０°未満の角度で少なくとも１回、９０°を超え
る角度で少なくとも１回折り曲げ、かつ軸上光線が交叉
しないことを特徴とする可変形状鏡を備えた光学装置。

【０１９５】（６０）携帯電話の長手方向に対して、撮
影光学系の光軸が傾斜していることを特徴とする電子撮
像装置を備えた携帯電話。

【０１９６】（６１）光学特性可変光学素子を備えた上
記（６０）に記載の携帯電話。

【０１９７】（６２）上記（５７）〜（５９）に記載の
携帯電話。

【０１９８】（６３）可変形状鏡を２枚以上用いてフォ
ーカスを行う光学装置。

【０１９９】（６４）斜入射の可変形状鏡を２枚以上用
いて前記可変形状鏡を同時に変形させてフォーカスを行
う光学装置。

【０２００】（６５）上記（６３）又は（６４）に記載
の光学装置である撮像装置。

【０２０１】（６６）同一の可変形状鏡を２枚用いた上
記（６３）に記載の光学装置。

【０２０２】（６７）観察方向と、撮像素子の法線とが
ほぼ平行な上記（６３）〜（６６）のいずれかに記載の
光学装置である撮像装置。

【０２０３】

【発明の効果】本発明の可変形状鏡、可変焦点レンズ、
可変プリズム等及びこれらの光学特性可変光学素子を含
む光学系を備えた光学装置によれば、消費電力が小さ
く、音が静かで、応答時間が短くなり、機械的構造が簡
単でコストダウンにも寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学装置の一実施例にかかる光学特性
ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダ
ーの概略構成図である。

【図２】本発明にかかる可変形状鏡４０９の他の実施例
を示す概略構成図である。

【図３】図２の実施例の可変形状鏡に用いる電極の一形
態を示す説明図である。

【図４】図２の実施例の可変形状鏡に用いる電極の他の
形態を示す説明図である。

【図５】本発明にかかる可変形状鏡４０９のさらに他の
実施例を示す概略構成図である。

【図６】本発明にかかる可変形状鏡４０９のさらに他の
実施例を示す概略構成図である。

【図７】本発明にかかる可変形状鏡４０９のさらに他の
実施例を示す概略構成図である。

【図８】図７の実施例における薄膜コイル４２７の巻密
度の状態を示す説明図である。

【図９】本発明にかかる可変形状鏡４０９のさらに他の
実施例を示す概略構成図である。

【図１０】図９の実施例におけるコイル４２７の一配置
例を示す説明図である。

【図１１】図９の実施例におけるコイル４２７の他の配
置例を示す説明図である。

【図１２】図７に示した実施例において、コイル４２７
の配置を図１１に示したようにした場合に適する永久磁
石４２６の配置を示す説明図である。

【図１３】本発明のさらに他の実施例に係る、光学装置
に適用可能な可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば
携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視
鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメ
ラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。

【図１４】本発明の可変形状鏡のさらに他の実施例に係
る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、
レンズ面を変形させる可変形状鏡１８８の概略構成図で
ある。

【図１５】本発明に適用可能なマイクロポンプの一実施
例を示す概略構成図である。

【図１６】本発明にかかる可変焦点レンズの原理的構成
を示す図である。

【図１７】一軸性のネマティック液晶分子の屈折率楕円
体を示す図である。

【図１８】図１６に示す高分子分散液晶層に電界を印加
状態を示す図である。

【図１９】図１６に示す高分子分散液晶層への印加電圧
を可変にする場合の一例の構成を示す図である。

【図２０】本発明にかかる可変焦点レンズを用いたデジ
タルカメラ用の撮像光学系の一例の構成を示す図であ
る。

【図２１】本発明にかかる可変焦点回折光学素子の一例
の構成を示す図である。

【図２２】ツイストネマティック液晶を用いる可変焦点
レンズを有する可変焦点眼鏡の構成を示す図である。

【図２３】図２２に示すツイストネマティック液晶層へ
の印加電圧を高くしたときの液晶分子の配向状態を示す
図である。

【図２４】本発明にかかる可変偏角プリズムの二つの例
の構成を示す図である。

【図２５】図２４に示す可変偏角プリズムの使用態様を
説明するための図である。

【図２６】本発明にかかる可変焦点レンズとしての可変
焦点ミラーの一例の構成を示す図である。

【図２７】本発明の光学装置のさらに他の実施例に係
る、可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニット１４１
の概略構成図である。

【図２８】図２７の実施例における可変焦点レンズの変
形例を示す説明図である。

【図２９】図２８の可変焦点レンズが変形した状態を示
す説明図である。

【図３０】本発明の可変焦点レンズのさらに他の実施例
に係る、マイクロポンプ１６０で流体１６１を出し入れ
し、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ１６２の概略
構成図である。

【図３１】本発明にかかる光学特性可変光学素子の他の
実施例であって圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ
２０１の概略構成図である。

【図３２】図３１の変形例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図３３】本発明にかかる光学特性可変光学素子のさら
に他の実施例であって圧電材料からなる２枚の薄板２０
０Ａ，２００Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成図で
ある。

【図３４】本発明にかかる可変焦点レンズのさらに他の
実施例を示す概略構成図である。

【図３５】図３４の実施例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図３６】本発明にかかる光学特性可変光学素子のさら
に他の実施例であってフォトニカル効果を用いた可変焦
点レンズの概略構成図である。

【図３７】図３６の実施例に係る可変焦点レンズに用い
るアゾベンゼンの構造を示す説明図であり、(a)はトラ
ンス型、(b)はシス型を示している。

【図３８】本発明にかかる可変形状鏡のさらに他の実施
例を示す概略構成図である。

【図３９】本発明にかかる可変形状鏡のさらに他の実施
例にかかる静電気力で駆動される可変形状鏡の概略構成
図である。

【図４０】本発明の光学特性可変光学素子のさらに他の
実施例にかかる圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ
５０の概略構成図である。

【図４１】図４０の可変焦点レンズが変形した状態を示
す説明図である。

【図４２】本発明にかかる可変焦点レンズに用いる透明
電極の一分割例を示す説明図である。

【図４３】本発明にかかる可変焦点レンズに用いる透明
電極の他の分割例を示す説明図である。

【図４４】本発明にかかる可変焦点レンズに用いる透明
電極のさらに他の分割例を示す説明図である。

【図４５】本発明の光学装置に適用可能な可変焦点レン
ズに用いる透明電極のさらに他の分割例を示す説明図で
ある。

【図４６】本発明の光学装置に適用可能な可変焦点レン
ズに用いる透明電極のさらに他の分割例を示す説明図で
ある。

【図４７】図４８、４９等の光学装置に用いられる可変
形状鏡の電極の分割例を示す説明図である。

【図４８】可変形状鏡４８を用いた携帯電話６１用のデ
ジタルカメラ６２の例を示す概略構成図である。

【図４９】図４８と同一構成の可変形状鏡４８を用いた
ＶＴＲカメラ６８の例である。

【図５０】本発明にかかる光学特性可変光学素子のさら
に他の実施例を示す概略構成図である。

【図５１】本発明のさらに別の一実施例で電磁力を用い
た可変焦点レンズの概略構成図である。

【図５２】分割された透明電極からなる透明なコイル７
４の形状の一例を示す概略構成図である。

【図５３】分割された透明電極からなる透明なコイル７
４の形状の他の例を示す概略構成図である。

【図５４】図５２の例における分割された透明電極から
なる透明なコイル７４の形状のその他の例及び配置例を
示す説明図である。

【図５５】本発明のさらに別の一実施例で、図５１の実
施例の可変焦点レンズ７１における円筒形の枠７２、周
囲に巻かれたコイル７３のかわりにリング状の永久磁石
７５を用いた可変焦点レンズ７６の概略構成図である。

【図５６】本発明にかかる可変形状鏡を反射面の側から
見た説明図である。

【図５７】固体撮像素子の撮像エリア８２を撮像エリア
８２側から見た図である。

【図５８】本発明の光学装置のさらに他の実施例にかか
る可変形状鏡８３，８４を用いた電子内視鏡８５の概略
構成図である。

【図５９】本発明の光学装置のさらに他の実施例にかか
る可変焦点レンズ９３を用いた乱視も補正できる可変焦
点眼鏡９４の概略構成図である。

【符号の説明】

４５，４７，４８，７８，７９，８３，８４，１８８
可変形状鏡 ５０，７１，７６，９３，１４０，１６２，２０１，２
０７，２１４，５１１，５２７ 可変焦点レンズ ５２，１６１ 流体 ５３，１６３，１６５，２０４，５３２，５３３，５６
２，５６３，５６６，５６７ 透明基板 ５４，５９，１４５，５１３ａ，５１３ｂ，６００
透明電極 ５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，５
４Ｄ分割された一つ一つの透明電極 ５６ 変形膜 ５７ 透明な絶縁物質 ６１ 携帯電話 ６２ デジタルカメラ ６３ 液晶表示装置 ６４，６９ 自由曲面プリズム ６５ フレア絞り ６６，１０２，５１２ａ，５１２ｂ，５２２，５３７，
５３８レンズ ６７ 軸上光線 ６８ ＶＴＲカメラ ７２ 枠 ７３ 周囲に巻かれたコイル ７４，７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ，７４’Ａ，７４’Ｂ，
７４’Ｃ分割された透明電極からなる透明なコイル ７５，４２６ 永久磁石 ７７ 流体溜め ８０，８１ 可変形状鏡の変形部分 ８２ 固体撮像素子の撮像エリア ８５ 電子内視鏡 ８７ 絞り ８８，４０４ プリズム ８９ レンズ群 ９０ 電子回路 ９１ ＴＶモニター ９２ 対物光学系 ９４，５３５ 可変焦点眼鏡 ９５ フレーム ９６，９７，４７３ メモリー １０３ 制御系 １０３’ 回路 １０４，１４１ 撮像ユニット １４２ 透明部材 １４３ 圧電性のある透明物質 １４４ 流体あるいはゼリー状物質 １４６ シリンダー １４７ 支援部材 １４８ 変形可能な部材 １６０，１８０ マイクロポンプ １６４ 弾性体 １６８ 液溜 １８１ 振動板 １８２，１８３，４０９ｂ，４０９ｄ，４５２
電極 １８４，１８５ 弁 １８９，４５０ 反射膜 ２００ 圧電材料 ２００Ａ，２００Ｂ 薄板 ２０２ 透明で柔らかい基板 ２０６，４０９ｃ−２ 電歪材料 ２０８，２０９ 透明弾性体 ２１０ アゾベンゼン ２１１ スペーサー ２１２，２１３ 光源 ４０３ 撮像レンズ ４０５ 二等辺直角プリズム ４０６ ミラー ４０８，５２３，５２９ 固体撮像素子 ４０９ 光学特性可変形状鏡 ４０９ａ 薄膜 ４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子 ４０９ｃ−１，４０９ｅ 基板 ４１１ 可変抵抗器 ４１２ 電源 ４１３ 電源スイッチ ４１４ 演算装置 ４１５ 温度センサー ４１６ 湿度センサー ４１７ 距離センサー ４２３ 支持台 ４２４ 振れセンサー ４２５，４２８ 駆動回路 ４２７ コイル ４４９ 釦 ４５１ 変形可能な基板 ４５３ 電歪材料 ５０８ａ，５３２ａ，５６２ａ，５６６ａ 第
１の面 ５０８ｂ，５３２ｂ，５６２ｂ，５６６ｂ 第
２の面 ５０９ａ，５３３ａ，５６３ａ，５６７ａ 第
３の面 ５０９ｂ，５３３ｂ，５６３ｂ，５６７ｂ 第
４の面 ５１４ 高分子分散液晶層 ５１５ スイッチ ５１６ 交流電源 ５１７ 液晶分子 ５１８ 高分子セル ５１９ 可変抵抗器 ５２１，５２６ 絞り ５２５ 前方レンズ ５２８ 後方レンズ ５３１ 可変焦点回折光学素子 ５３５ａ フレーム ５３６ 可変焦点回折光学素子 ５３９ａ，５３９ｂ 配向膜 ５４５ 物体 ５４６ 測距センサ ５６１ 可変偏角プリズム ５６５ 可変焦点ミラー ５６８ 反射膜 ９０１ 接眼レンズ ９０２ 対物レンズ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 17/08 Ｇ０２Ｂ 26/00 ２Ｈ０８７ 25/00 Ｇ０２Ｃ 7/06 ２Ｈ０８８ 26/00 Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ Ｇ０２Ｃ 7/06 Ｇ０３Ｂ 5/00 Ｌ Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｚ Ｇ０３Ｂ 5/00 7/18 (72)発明者 金子 新二 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H006 BD03 2H041 AA02 AA07 AB38 AC05 AC08 2H042 DD13 2H043 BB03 CB01 2H051 FA07 FA09 2H087 LA11 TA01 TA03 TA04 2H088 EA42 MA10 MA16 MA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数に分割された透明電極を有する、圧
   電材料を用いた可変焦点レンズ。
2. 【請求項２】 光学面近傍に配置された永久磁石または
   コイルと、光学面と一体化された透明な電流を流すこと
   が可能な部材とを有し、電磁力により面形状を変化させ
   る光学特性可変光学素子。
3. 【請求項３】 同一構成でもって複数の光学装置に共通
   に用いることが可能な光学特性可変光学素子を備えたこ
   とを特徴とする光学装置。